術(shù)語“
光譜學(xué)”表示利用光與物質(zhì)相互作用的方法。通常，某些相互作用的強(qiáng)度是作為
波長(zhǎng)或頻率的函數(shù)來測(cè)量的；即光譜起著重要作用。
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E 本文僅涉及光譜學(xué)；還有各種其他領(lǐng)域，例如粒子光譜學(xué)。
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光譜學(xué)的目的通常是檢測(cè)某些物質(zhì)或測(cè)量它們的特性。例如，氣體光譜學(xué)通常用于測(cè)量氣體的濃度或氣體的溫度。在其他情況下，物質(zhì)的已知特性被用于某些目的，例如用于實(shí)現(xiàn)光頻標(biāo)。有時(shí)使用光譜測(cè)定法代替光譜學(xué)一詞，是為了強(qiáng)調(diào)以定量方式測(cè)量某些量。
i s~2{: 存在多種不同的光譜方法；本文只能提供課程概述。許多現(xiàn)代光譜方法涉及一個(gè)或多個(gè)
激光器，因此被稱為激光光譜法。由于
激光器在時(shí)空相干性、窄線寬和波長(zhǎng)可調(diào)性、光功率（特別是峰值功率）、超短脈沖等方面具有巨大潛力，自從激光出現(xiàn)以來，光譜學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)大大拓寬。甚至在此之前，光譜學(xué)就已經(jīng)為許多現(xiàn)象提供了寶貴的見解。例如，在地球上發(fā)現(xiàn)氦之前，研究人員能夠研究太陽的內(nèi)部并在那里發(fā)現(xiàn)氦。
ncMz Hw 另請(qǐng)參閱有關(guān)激光光譜學(xué)和激光吸收光譜學(xué)的更具體文章。
[: cvy[}v@ N$x&k$w R 利用光的物理效應(yīng)
iaLZ|\`3a 6|~^P!& 光的吸收
?)186dp 光與物質(zhì)之間的不同相互作用可以在光譜學(xué)中利用。最常用的相互作用是光的吸收（→吸收光譜）。例如，原子和分子表現(xiàn)出不同的吸收特征，因此如果測(cè)量吸收與波長(zhǎng)的關(guān)系，則可以輕松地區(qū)分不同的原子或分子。特別是在中紅外光譜區(qū)域，分子具有與其振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)模式相關(guān)的相對(duì)強(qiáng)且窄的吸收線。這使得人們能夠以非常高的靈敏度檢測(cè)多種物質(zhì)。一個(gè)應(yīng)用示例是檢測(cè)微小濃度的空氣污染物。
zo8D " 由于分子可以具有許多不同的吸收線，其中一些吸收線對(duì)于不同的物種可能重疊，因此單條吸收線的檢測(cè)通常不足以區(qū)分不同的分子。然而，記錄一些足夠?qū)挼牟ㄩL(zhǎng)范圍的吸收光譜通常會(huì)產(chǎn)生清晰的光譜指紋。人們還可以區(qū)分不同的同位素。
M:b#">M 中紅外光譜區(qū)域?qū)τ谠S多氣體（例如空氣污染物）的敏感光譜非常理想。不幸的是，中紅外激
光源通常不如近紅外激光源強(qiáng)大和/或更復(fù)雜和昂貴。例如，可以在非線性晶體材料中應(yīng)用差頻生成，需要兩個(gè)輸入波長(zhǎng)并且通常導(dǎo)致相當(dāng)?shù)偷墓夤β省Ｆ渌魬?zhàn)是獲得在長(zhǎng)波長(zhǎng)下具有高透射率的
光學(xué)材料以及靈敏的光電探測(cè)器更加困難。因此，人們經(jīng)常利用其他方法，例如對(duì)應(yīng)于較短波長(zhǎng)的較高光學(xué)頻率的吸收線，其中更容易實(shí)現(xiàn)合適的激光源并且可以獲得更好的光電探測(cè)器（在極端情況下，甚至用于
光子計(jì)數(shù)）。然而，這種方法吸收帶較弱，因此常常導(dǎo)致較低的靈敏度。
?{e}ouKYX1 吸收測(cè)量通常使用分光光度計(jì)進(jìn)行。此類儀器可以覆蓋較大的波長(zhǎng)范圍并提供相當(dāng)高的波長(zhǎng)分辨率。然而，它們只能利用介質(zhì)中非常有限的傳播長(zhǎng)度，因此不適用于吸光度非常低的物質(zhì)。
*UJ4\ 如果光的通過長(zhǎng)度相應(yīng)增加，則低吸收系數(shù)仍然可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度。因此，人們使用多通道氣體池，可以在相對(duì)緊湊的池中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度。然而，只有當(dāng)光具有相對(duì)較高的空間相干性時(shí)，該原理才允許大量通過。因此，多通道吸收池與激光結(jié)合使用最為有效。
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