关于高灵敏度激光光谱学介绍

[拼音]：gaolingmindu jiguang guangpuxue

[外文]：high sensitive laser spectroscopy

在许多激光光谱学技术中，其分辨率(即分辨本领)为原子或分子吸收线的多普勒宽度所限制，这些光谱学称为多普勒限定光谱学。其中多数光谱方法具有很高的探测灵敏度，因而可以把它看作高灵敏度激光光谱学。其主要内容简介如下。

在可见与紫外光谱区域的高灵敏度光谱学有激发光谱学。这种光谱技术的基本内容是在一定的体积内气体样品所吸收的激光能量可以转变为荧光能量，并借助于荧光的探测、检测吸收激光能量的数量。利用这种手段可以探测等于或小于10-14 的相对吸收。这比常规的吸收光谱学的灵敏度提高了许多个数量级。如果把吸收样品放在激光腔内，由于腔内的激光功率很高，则探测灵敏度还能进一步提高。激发光谱学广泛地应用于测量极小的吸收。但是激发光谱学的灵敏度随着波长变长而降低，因而它并不适用于红外区域吸收的探测，在红外区域内，光声光谱学更为可取。

同激发光谱密切相关的为激光引起的荧光光谱学，这种光谱学技术在分析分子光谱结构，测量分子常数和跃迁几率，研究碰撞过程或者确定化学反应中产物的量子态的分布等多方面都很有用。另外，它也是一种探测浓度极小的分子物质的灵敏技术。

在光声光谱学中，气体吸收的光子能量经碰撞转变为气体的热运动能，使气体的温度与压力均有所提高。当气体的压力高于1托时，分子吸收的激光能量几乎全部转变为热能。当以低于10千赫的频率调制激光光束时，吸收盒中便出现了周期性的气压变化，灵敏的拾音器能探测出这种变化，因而利用这种技术可以探测出微小的吸收，从而探测出极低的吸收分子浓度。例如，在探测大气的污染中，可以测出0.2ppb的乙烯，0.4ppb的氨，10ppb的一氧化氮等。光声光谱学也可应用于分子的高分辨光谱研究及测量分子的离解能等。

是另一种灵敏度很高但又很简单的技术，它用于研究气体放电的光谱。当激光光束通过气体放电区域并且激光的频率与放电区中的原子或离子的跃迁频率重合时，有些原子或离子被激发了，因而有关能级上的粒子数目发生了变化。不同能级上的粒子的电离几率不同，因之放电的电流也会发生变化，借助于测量这种电流的变化便可导出被吸收光子的数目。这种方法的信噪比很高，因而其灵敏度也很高。光电流光谱学可以用来研究气体放电中的碰撞过程，电离几率等；也可以用于波长的定标，其精度约为0.001cm-1。

原子或分子被紫外激光或双光子吸收激发后，可以跃迁到很高的激发态。这些激发态很接近电离极限，因而可以利用不同的电离技术（诸如光电离、碰撞电离和场电离）使激发了的粒子电离；并利用检测离子的方法来测定所吸收的光子数目。这种光谱技术称为电离光谱学。由于收集离子(或电子)的效率极高，电离光谱学就成为一种最灵敏的光谱探测技术。在精心选择的条件下，甚至可以探测出一个原子来。

所有上述的高灵敏的光谱探测技术比起常规的吸收光谱，在探测相对吸收时，一般能把灵敏度的极限从大约10-5提高到10-19。这种进展是惊人的。