第六章 无多普勒和亚多普勒激光光谱

第六章无多普勒亚多普勒激光光谱Doppler-free and sub-Doppler laser Spectroscopy
无多普勒
亚多普勒
分辨率不受多普勒线宽限制
1、洛仑兹线形和高斯线形
原子分子光谱线密集时，多普勒谱线相互重叠。

多普勒线宽通常比自然线宽宽，多普勒线宽限制的光谱往往不能分辨出原子分子的精细超精细结构。

本章介绍几种突破多普勒线宽限制的无多普勒和亚多普勒激光光谱方法。

ω0-υ
z
⁄cω0+ υz⁄c
ω
E
i
k
在ω
0，所有分子同时吸收
两个ω
光子！
多普勒本底是由于分子吸收两
个同方向激光光子产生的
连续激光无多普勒双光子吸收实验示意图
基态和激发态分子的速度分布
3、分子束亚多普勒激发光谱
(Sub-Doppler spectroscopy in molecular beam)
用分子束技术, 选择一小窄束速度分布基本相同的分子(a)准直比：b/2d扩散束
扩散束激光诱导荧光示意图
Na
2分子束A1Σ
u
+~b3Π
u
←X激光诱导荧光光谱图
(准直比400)
四极质谱
Cs
扩散束C ←X 吸收光谱。

检测共振双光子电离产生的离子。

2
(b) 绝热膨胀超声分子束(Adiabatic cooling in supersonic beams)
+ 21Σ
u
5 饱和光谱。

光学光的多普勒效应与光谱学光学光的多普勒效应和光谱学是光学领域中重要的研究内容。

本文将对光学光的多普勒效应和光谱学进行探讨。

一、光学光的多普勒效应光的多普勒效应是当光源和观察者之间存在相对运动时，所观察到的光的频率和波长出现变化的现象。

它同样适用于光学领域，由于光是一种电磁波，其具有波粒二象性，所以光也会呈现多普勒效应。

多普勒效应分为红移和蓝移两种情况。

当光源和观察者相向运动时，观察者会观测到光的频率增加，这被称为红移。

而当光源和观察者远离运动时，观察者会观测到光的频率减小，这被称为蓝移。

多普勒效应的产生是由于相对运动引起的波长的压缩或拉伸。

光学光的多普勒效应在实际应用中有着广泛的应用。

例如，在天文学领域中，通过观测星系的光谱红移或蓝移可以确定星体的运动方向和速度。

在激光雷达等应用中，利用多普勒效应可以测量目标物体的速度；在医学领域，通过多普勒效应可以检测人体血液流动速度，用于血流速度的监测等。

二、光谱学光谱学是研究光的分光现象和与物质相互作用的学科。

光谱学通过对光的分析，可以得到有关物质的信息，例如组成、结构、温度等。

物质可以通过光的分散现象将光分解成不同波长的成分。

这种分散现象可以通过光栅、棱镜等器件来实现。

当光通过光栅或棱镜时，不同波长的光会发生不同程度的偏折，从而形成光谱。

根据这种光谱可以得知物体所含有的元素种类以及其相对的丰度。

根据光的波长范围，光谱学可以被分为不同的领域，包括可见光谱、紫外-可见光谱、红外光谱等。

同时，光谱学可以利用光的发射、吸收和散射等现象进行研究。

光谱学在实际应用中有着广泛的用途。

例如，光谱分析可以用于物质的鉴定和检测，如食品安全检测、环境污染检测等。

此外，光谱学在天文学、化学、材料科学等领域中也有重要的应用，如研究星系的化学成分、分析材料的晶体结构等。

结语光学光的多普勒效应和光谱学是光学领域中重要的研究内容。

多普勒效应在实际应用中广泛应用于天文学、雷达技术、医学等领域。

激光多普勒原理知乎全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：激光多普勒原理是一种通过激光技术来测量目标速度的原理。

它利用了多普勒效应，即当光源和观测者相对运动时，光波频率会发生变化的现象。

激光多普勒原理在军事、航天、气象、医疗等领域都有广泛的应用。

激光多普勒原理的基本思想是，激光束照射到目标表面后，被目标反射并返回激光传感器。

当目标表面相对传感器运动时，激光的频率就会因多普勒效应而发生变化。

通过测量这个频率变化，就可以计算出目标的速度。

这种方法比传统的速度测量方法更精准、更快速。

在激光多普勒原理中，利用了激光的单色性和一束光束的一致性，使得测量结果更为准确。

激光束的高强度和方向性也是其优势之一，能够在远距离内实现高精度的速度测量。

在军事领域，激光多普勒原理被广泛应用于导弹制导、火控系统、无人机监测等领域。

通过测量目标速度，可以帮助军方实现对目标的追踪和打击，提升作战效率和精度。

在航天领域，激光多普勒原理可用于对飞行器的速度测量和轨道调整。

通过准确测量飞行器的速度，可以保证其飞行轨道和速度稳定，确保任务的顺利完成。

在气象领域，激光多普勒原理可以应用于风速和风向的测量。

对于气象预报和天气预警等工作至关重要，激光多普勒原理为气象专家提供了更为准确的观测手段。

在医疗领域，激光多普勒原理可以用于血流速度的测量。

通过测量血流速度，可以及时发现和诊断心血管疾病，指导临床治疗。

激光多普勒原理是一种非常重要且实用的技朋术。

它的广泛应用领域和高精度测量能力，使其在各个领域都有着重要的地位。

随着技术的不断进步和发展，相信激光多普勒原理会更加完善和成熟，为人类的生活和发展带来更多的便利和进步。

第二篇示例：激光多普勒原理是指利用激光作为光源，通过多普勒效应来实现速度测量或者距离测量的一种技术。

它广泛应用于气象、航空、医学、军事等领域，并且在激光雷达、激光制导等方面也有很重要的应用。

激光多普勒原理的基本原理是利用光的多普勒频移来实现速度测量。

多普勒光谱
多普勒光谱是数学和物理学中一个重要的概念，它可以帮助人们研究天体物质的分布特性。

自20世纪30年代起，它就受到广泛的应用，包括了天文学、化学、物理学等。

多普勒光谱是一种对天体表面发射的光谱的测量技术。

它可以用来研究那些以物理运动方式发射出的光谱。

当物体运动时，他们可以发出特定的频率的光谱，这种光谱称为多普勒光谱。

比如，当物体以相对较高的速度向我们移动时，它们发出的光谱会有所变化，这种变化就是多普勒光谱的主要特点。

多普勒光谱具有很多应用。

在天文学领域，它用于测量星际尘埃的移动速度和星系运动，也可以帮助人们推测宇宙扩张是一种线性过程还是加速过程。

在物理领域，多普勒光谱也可以运用于探究宇宙物质运动的机制，包括分子碰撞、激发态转化以及表面散射等。

而在化学领域，它可以帮助研究者对分子的结构和组成进行分析。

多普勒光谱的量化测量也是一项重要的研究内容。

它的基本原理是，当物体运动时，物体发出的光谱会发生变化，这种变化称为多普勒效应。

通过计算物体发射光谱的变化，可以得出多普勒速度，而根据多普勒速度计算出的相关数据，可以得出物体的运动状态。

多普勒光谱是一个重要的物理概念，它可以用于研究物体运动的变化。

它在物理、天文学和化学等领域有着广泛的应用，并提供了可靠的定量数据。

多普勒光谱的研究也是人们长期以来一直在努力的研究课题，而随着科学技术的发展，它将有更多的应用可能性。

光的多普勒效应关键字：纵向多普勒效用、多普勒频移、激光流速仪、惯性坐标系一、多普勒效应多普勒效应就是，当声音、光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。

因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。

由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度V成正比，与振动的频率成反比。

二、多普勒测速原理用波照射运动着的物体,运动物体反射或散射波,由于存在多普勒效应,反射或散射波将产生多普勒频移,利用产生频移的波与本振波进行混频再经过适当的电子电路处理即可得到运动物体的运动速度。

我们假设多普勒测速仪静止,运动物体的运动速度为v,运动物体的运动方向与多普勒测速仪的测速方向在同一直线上，为了得到多普勒测速仪所接收到的由于存在多普勒效应而频移的声波频率与运动物体运动速度之间的关系,1、声波测速第一步,多普勒测速仪发射声波,运动物体接收到其所发射的声波.在这个过程中,多普勒测速仪作为波源是静止的,而运动物体作为波接收器以速度v运动.设多普勒测速仪所发射的声波频率为f,运动物体所接收到的声波频率为f′,声波的传播速度为v0,观测者相对于介质的运动速度vr。

可得：第二步,运动物体反射或散射声波,多普勒测速仪接收到其所反射或散射的声波.在这个过程中,运动物体作为波源以速度v运动,而多普勒测速仪作为波接收器静止.设多普勒测速仪接收到的声波频率为f″,由第一步我们知道,运动物体所反射或散射的声波频率为f′,于是可得：代入可得：即为被测物体的运动速度v与多普勒测速仪所发射的声波频率f、多普勒测速仪所接收到的由于存在多普勒效应而频移的声波频率f″以及声波的传播速度v0之间的关系2、光波测速1、声波测速第一步,多普勒测速仪发射声波,运动物体接收到其所发射的声波.在这个过程中,多普勒测速仪作为波源是静止的,而运动物体作为波接收器以速度v运动.设多普勒测速仪所发射的声波频率为f,运动物体所接收到的声波频率为f′,声波的传播速度为v0,观测者相对于介质的运动速度vr。

一、分子荧光的发射特征及产生原因电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态（多为S1→S0跃迁），发射波长为λ2的荧光；10-7～10 -9 s 。

发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长；λ 2 > λ 2 > λ 1 分子产生荧光必须具备的条件（1）具有强的紫外-可见吸收；（2）具有一定的荧光量子产率。

要使分子产生荧光，则分子结构能吸收UV-Vis辐射, 且要有较高的荧光效率。

若分子吸收UV-Vis辐射能力越强，发光越强一个分子的荧光发射有如下特征：二、超拉曼散射定义三、棱镜和光栅的色射特性1.棱镜分光与光栅分光比较（1）光栅分光具有较高的分辨率（2）工作波长基本不受限制（3）光栅分光的波长扫描机构为正弦机构，易实现；棱镜分光由于色散材料的非线性，往往用凸轮机构或程序控制。

（4）棱镜无光谱重叠，光栅应用中可能需要filter或光栅（5）可先光栅由于鬼线的存在有可能出现假谱线造成误判（6）光山岩蛇的光谱强度分开不太均匀，棱镜较均匀（7）光栅分光系统中，照相物镜像差较正（8）光栅较难维护，对环境要求高棱镜适应性强2.光栅色散特性四、偏光光谱技术优点1.与其他无多普勒光谱技术相比，它有很高的光谱分辨率，限制偏振光谱分辨率的主要因素是因为泵浦光和探测光之间不可能完全共线反向，小的夹角产生了剩余多普勒展宽。

2.偏振光谱的灵敏度比饱和吸收光谱提高了2到3个量级。

3.偏振信号的色散线型可以再不需要任何频率调谐的情况下，把激光器频率稳定到谱线中心上，而很高的信噪比又可能保证稳频的精度。

五、光电离光谱质谱检测或离子的质荷比222LtVem⋅=直线式TOF的质量分辨率约为400，直线式TOF质量的分辨率受限制的主要原因是激光激发产生的初始离子/中性粒子的能量具有分散性。

这是因为：（1）母体中性分子的初始动能不同，（2）碎裂时形成期间的初始动能差别，（3）空间电荷效应的影响，（4）有限的离子源体积导致在飞行时间上的分散。