光谱学与光谱技术课件.ppt
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- 光谱 技术 课件
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1、第第9章章 激光光谱技术激光光谱技术9.1 基本原理基本原理9.2 提高光谱探测灵敏度的方法提高光谱探测灵敏度的方法9.3 高分辨亚多普勒光谱技术高分辨亚多普勒光谱技术9.4 时间分辨光谱技术时间分辨光谱技术常规光谱技术中提高灵敏度的方法常规光谱技术中提高灵敏度的方法$15,686$27,450液氮制冷开放电极CCDEMCCD $ 30,000光谱学领域发展的真正推动力来自于激光器光谱学领域发展的真正推动力来自于激光器光谱学领域发展的真正推动力来自于激光器光谱学领域发展的真正推动力来自于激光器K. Goda et al., Nature 458, 1145 (2009)9.2 提高光谱探测灵敏
2、的方法提高光谱探测灵敏的方法9.2.1 频率调制频率调制9.2.2 腔内吸收腔内吸收9.2.3 激发光谱激发光谱F 常规光谱测量基于吸收定律 xeII0 xII10 xIII100F 在 1F 相当于测量两个大数之间的小差异!I.用频率调制单色激光,使激光波长或频率在一个小范围内周期变化II.利用锁相放大器对其谐波信号进行探测1. 频率变化范围为 ,泰勒展开:调制后激光强度调制后激光强度 222! 21dIdddIII2. 如果=asin(t): tadIdtaddIItaI2222sin! 21sinsin3. 利用三角函数关系:调制后激光强度(调制后激光强度(Cont.)xxxxxxxxx
3、xxx5sin1613sin165sin1610sin4cos812cos8483sin3sin41sin43sin2cos2121sin5432 tdIdadIdatdIdadIdatdIdaddIadIdadIdaItaI3sin384242cos484sin8644sin555333444222333444222直流分量直流分量三次谐波三次谐波二次谐波二次谐波一次谐波一次谐波以一次谐波为例,谐波信号与吸光系数的关系谐波信号与吸光系数的关系 taddxItaddIItaIsinsinsin整理得到, taddxIItaIsinsin即探测到的光强信号与吸收光谱的一阶导数相对应!LD光谱检测
4、中的频率调制光谱检测中的频率调制LD样品池探测器锁相放大器谐波谐波低频三角波低频三角波高频正弦波高频正弦波相加波形相加波形检测信号检测信号Lorentzian line profileFirst derivativesThird derivativesSecond derivativesWater overtone absorption lineSNR2 orders!F将吸收样品置于激光谐振腔内F探测输出激光(2)或荧光强度(1)F激光多次通过样品池以提高探测灵敏度如何理解?如何理解? 从输出功率和腔内功率来看,outoutinqPPTP21反射镜透射率反射镜透射率增大因子增大因子 吸收功率
5、为 outinLPqLPP 即直接测量时,一次反射的吸收信号,腔内为腔外的即直接测量时,一次反射的吸收信号,腔内为腔外的q倍。倍。 或者这样理解,激光在离开谐振腔时在样品池内已来回传播了q次,所以有q倍的机会被样品吸收。样品池也可置于外部谐振腔中样品池也可置于外部谐振腔中LaserDetectorPiezoVoltageTuningDeviceLensLensMirror 1Mirror 2Sample CellThe limitation of intracavity abosorptionExperimental and fundamental limitation:a)the incre
6、asing instability of the laser outputb)just above threshold, the spontaneous radiation cannot be neglected腔内回旋衰减腔内回旋衰减脉冲激光光电倍增管示波器计算机时间信号强度21无样品有样品由衰减曲线的时间常数计算该波长下的吸光系数,对波长扫描即得到光谱谐振腔RR腔内回旋衰减的基本理论腔内回旋衰减的基本理论 1、经过1次样品的输出功率为, 2、n次往返后的输出功率为,LATnRLnnLnePePPReP21ln2112021PeTPL 3、相邻脉冲的时间间隔为, ,这样第n个脉冲测得的时间为
7、, ,所以探测到的随时间变化的功率为 cLTR/2cnLt/2 11tePtPLATcL/1腔内回旋衰减的基本理论(腔内回旋衰减的基本理论(Cont.) 4、如果没有放样品,则ATcL/20 5、所以可以得到,1121RL腔内回旋衰减测量的是衰减率而不是衰减量,避免了脉冲激光强度波动对测量结果的影响,具有更高的信噪比!F将光吸收转化为其它形式的能量再进行测量F荧光光谱荧光光谱F光声光谱光声光谱F光热光谱光热光谱F电离光谱电离光谱F光伽伐尼光谱光伽伐尼光谱F磁共振和斯塔克光谱磁共振和斯塔克光谱(1)荧光光谱)荧光光谱将吸收转化为荧光,直接测量吸收再分析一下荧光效率1.被吸收的光子数xnNnikL
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