无多普勒展宽光谱技术课件.ppt

《无多普勒展宽光谱技术课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六章无多普勒展宽光谱技术主讲教师：许立新第六章无多普勒展宽光谱技术1414(w/nooptions)30pW/人们关于原子、分子与物质结构的许多知识是从光谱学的研究中获得的光谱学技术要求：高灵敏度、高光谱分辨率．在可见与紫外光谱区，分子有很稠密的电子光谱．谱线之间的间隔远小于展宽机制所给出的最小间隔，用常规的光谱方法测量时，测到的是一片准连续的谱带．因此．反映原子、分子与物质结构更精细结构的信息被各种光谱展宽机制掩盖起来第六章无多普勒展宽光谱技术1414(w/nooptions)30pW/光谱线展宽：自然线宽、碰撞展宽与多普勒展宽等展宽机制，原子间的相互作用产

2、生的谱线展宽，即碰撞展宽，可以通过测量低压气体的谱线来弥补分子运动的多普勒效应带来的谱线展宽测要采用一些新的、特殊的光谱技术来解决－无多普勒展宽光谱技术．第四章中讨论过的外场扫描光谱技术是一种无多普勒展宽的光谱技术第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/一、兰姆凹陷与饱和吸收由于辐射衰减，一个静止、孤立的受激原子的辐射线型为：一个以速度u运动的原子，相对于实验室坐标系发射的中心频率为0的辐射存在多普勒频移：则有第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/考虑一入射光束与处于热运动的N个二能级原子间的相互作用，设

3、频率为的单色光沿z方向通过样品池，原子吸收入射光后从基态1跃迁到激发态2：能级1上的粒子数变化为：对于气体，热平衡时，速度分量在uz-uz+duz间的第i能级上的分子数为：第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/对于稳态情况，可解得：up=(2kBT/m)1/2为在绝对温度T下原子的最可几速度，m为原子质量，KB为玻耳兹曼常数第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/可解得：式中S=B12/R为受激吸收率与驰豫率之比，饱和参数第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/在频率为的单色

4、光作用下，在N1(uz)的分布曲线上，有一个以中心的“烧孔”－贝纳特(Bennet)孔，孔的半宽度为0为自然线宽，N2(uz)上有一对应的凸峰第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/当时可得吸收系数12与吸收截面12的关系为：饱和吸收无多普勒光谱是通过测量布居数速度分布曲线上的贝纳特孔来实现的考察原子吸收截面：多普勒线型下降了一个因子，并且与频率无关第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/在多普勒线型内处处都下降了一个因子，这说明如果用一束可调谐激光，使其扫过原子的吸收区，则发现不了有贝纳恃孔存在．可采

5、用两束激光．通常将一束波称为泵浦光，另一束为探测光．对稀薄气体介质，可以通过一个简单方法来获得这两束激光，即在样品池的一端放置一反射镜，将入射进样品池的光作为泵浦光，通过样品池后从反射镜反射回的称为探测光设泵浦光为：第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/从反射镜反射回的探测光强度近似与入射光相等，即两束光在速度分布曲线N(uz)上烧出两个贝纳特孔，调谐入射光的频率，使接近布居数速度分布曲线的中心频率0，于是两孔将在uz=0处合并，其物理含义是两束光波与uz=0的同一群原子相互作用．其结果是饱和参数S增大了一倍，光对N(uz＝0

6、)的消耗也将大于uz0的消耗．于是，在吸收曲线()上出现一个吸收系数减小的凹陷区。第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/这个凹陷与非均匀介质激光器的功率曲线上的凹陷一样，称为兰姆凹陷，显然兰姆凹陷不受多普勒效应的影响，常称之无多普勒(Doppler-free)凹陷，经过计算可得吸收系数的表达式为式中，是多普勒线型括号内的表达式表示谱线中心有一个小的兰姆凹陷第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/兰姆凹陷位于吸收曲线()上＝0处，是两束激光对同一群分子共同作用引起吸收饱和的结果，兰姆凹陷为洛仑兹线

7、型，半宽度为s，在＝0处，S()降低为S()(1-S0)，而在离中心较远处则降低为S()(1-S0/2)。当－0>时，两束光对不同群分子起饱和作用，就跑出了凹陷区第一节饱和吸收光谱技术1414(w/nooptions)30pW/二、实验技术1、腔内饱和吸收光谱技术将分子吸收池放进激光共振腔内，并调谐激光频率．腔内的驻波激光场就是使分子饱和吸收的两束相反方向的光场．对激光腔，吸收体是腔的附加损耗，它使激光输出功率减小．根据上述的饱和吸收原理，当激光频率调谐到吸收线的中心时，样品的吸收系数减小，激光器的输出突然增加，因此，这种测量方法非常灵