高分辨亚多普勒激光光谱学

第六章高分辨亚多普勒激光光谱学,6.1准分子束光谱学,多普勒展宽的压缩,当光的传播方向和分子运动方向垂直时，即可消除多普勒展宽。在实际的实验中，完全消除是不可能的，但可以大大压缩多普勒展宽。,准分子束的多普勒展宽,其中，热平衡下分子对应的多普勒展宽为,超声速激光光谱学,膨胀前后能量守恒,超声速激光光谱学,绝热膨胀后,快离子束激光光谱学,假定二个离子以不同的热速度从离子源出发,在外加电压作用下被加速，加速后它们的动能是,快离子束激光光谱学,若满足,初始速度分散量会被大大减小。,6.2饱和光谱学,饱和光谱学是基于用可调谐激光器泵浦，并把频率调谐到分子的非均匀展宽跃迁谱线上，实现选择饱和的一种光谱技术。,均匀饱和,半宽度,饱和吸收系数,非均匀谱线轮廓的饱和,运动分子坐标中的波的频率,分子吸收,考虑均匀线宽时,若选取光的传播方向为,Bennet孔,饱和吸收系数,驻波与分子相互作用,无多普勒饱和光谱学,兰姆凹陷,半宽度,线心处,无多普勒饱和光谱学,内调制荧光技术,腔内吸收,6.3偏振光谱学,偏振光谱学的信号主要来自偏振抽运波感生的折射率的变化。,偏振光谱学的实验装置示意图,这种抽运过程产生的不相等的饱和，由此导致M个支能级的非均匀粒子数分布，等价于角动量J取向的各向异性分布。这样的各项异性分布对入射线偏振探测束是双折射的，入射束通过它后偏振面要稍微转动。,探测光由于吸收分子的各项异性M分布而经历双折射。仅在这种情况，探测光的偏振面稍微转动一个角度。因此，每当激光频率扫描过分子吸收线中心频率时，探测器接收到一个无多普勒的信号。,6.4多光子光谱学,多光子过程,双光子过程,（a）分布激发，（b）双光子吸收,常常用二步跃迁过程来描述双光子跃迁。即从初态，经过一个虚能级到末态。,双光子跃迁可以到达的受激能级具有单光子偶极辐射禁戒的宇称。,如果参与的光子来自可见或者紫外激光，则多光子光谱学可以达到的光谱范围延伸到真空紫外区域。,参与的光子以动量适当组合，可以得到无多普勒多光子光谱学。,多光子光谱学对研究原子和分子光谱有一些明显的优点。,双光子跃迁,第一个因子给出双光子跃迁的光谱轮廓。,第二个因子描述双光子跃迁的跃迁几率。,通常选择频率，以便虚能级与一个实的分子本征态接近。这很大地增大了跃迁几率。,双光子跃迁的初末态具有相同的宇称。,假设分子相对实验室坐标系以速度v运动，在运动分子的参考坐标中，波矢为k的电磁波的频率会发生多普勒频移,同时吸收二个光子，发生跃迁的条件,则多普勒频移为零，意味着一切分子在同样的和频,处吸收，而与速度无关。,无多普勒双光子跃迁,虽然双光子跃迁的几率一般远低于单光子跃迁的几率，但是一切在吸收态的分子都能对信号作贡献这一事实，却可远远弥补较低的跃迁几率。所以在适当的条件下，信号振幅甚至可以大于饱和信号的振幅。,无多普勒三光子光谱学的可能装置,无多普勒多光子跃迁,当运动分子同时与波矢为ki的几个平面波相互作用时，总的多普勒频移是,如果满足,则总频移为零。,双光子跃迁的谱线轮廓,双光子跃迁几率为,若反射束与入射束具有相同的强度和相同的偏振,入射束,反射