现代物理基础丛书 激光光谱学 第2卷 实验技术 原书第4版PDF电子书下载

第1章 多普勒限制的激光吸收谱和激光荧光谱 1

1.1 在光谱学中使用激光的优点 1

1.2 吸收光谱学的高灵敏方法 4

1.2.1 频率调制 5

1.2.2 共振腔内的激光吸收光谱学（ICLAS） 11

1.2.3 共振腔环路衰减光谱学 18

1.3 直接测量被吸收的光子 23

1.3.1 荧光激发光谱学 23

1.3.2 光声光谱学 27

1.3.3 光热光谱学 31

1.4 电离光谱学 35

1.4.1 基本技术 35

1.4.2 电离光谱的灵敏度 37

1.4.3 脉冲激光和连续激光引起的光电离过程 38

1.4.4 共振双光子电离与质谱测量技术相结合 40

1.4.5 热离子二极管 41

1.5 光电流光谱学 42

1.6 速度调制光谱学 45

1.7 激光磁共振和斯塔克光谱学 46

1.7.1 激光磁共振 47

1.7.2 斯塔克光谱学 49

1.8 激光诱导荧光 50

1.8.1 利用激光诱导荧光的分子光谱学 51

1.8.2 激光诱导荧光的实验特点 53

1.8.3 多原子分子的激光诱导荧光 55

1.8.4 利用激光诱导荧光谱确定粒子数分布 56

1.9 不同方法的比较 59

1.10 习题 62

第2章 非线性光谱学 65

2.1 线性吸收和非线性吸收 65

2.2 非均匀展宽谱线的饱和 72

2.2.1 烧孔 72

2.2.2 兰姆凹坑 76

2.3 饱和光谱学 79

2.3.1 实验装置 79

2.3.2 交叉信号 83

2.3.3 共振腔内的饱和光谱学 84

2.3.4 用兰姆凹坑稳定激光的频率 87

2.4 偏振光谱学 89

2.4.1 基本原理 89

2.4.2 偏振信号的谱线线形 90

2.4.3 偏振信号的幅度 95

2.4.4 偏振光谱学的灵敏度 97

2.4.5 偏振光谱学的优点 100

2.5 多光子光谱学 100

2.5.1 双光子吸收 100

2.5.2 没有多普勒效应的多光子光谱学 103

2.5.3 聚焦对双光子信号幅度的影响 106

2.5.4 没有多普勒效应的双光子光谱学的一些例子 107

2.5.5 多光子光谱学 109

2.6 非线性光谱学的特殊技术 112

2.6.1 饱和干涉光谱学 112

2.6.2 没有多普勒效应的激光诱导二色性和双折射 114

2.6.3 外差偏振光谱学 116

2.6.4 不同非线性技术的组合 116

2.7 结论 118

2.8 习题 118

第3章 激光拉曼光谱学 120

3.1 基本知识 120

3.2 线性激光拉曼光谱学的实验技术 124

3.3 非线性拉曼光谱学 129

3.3.1 受激拉曼散射 130

3.3.2 相干反斯托克斯拉曼光谱学 135

3.3.3 共振CARS和BOX CARS 138

3.3.4 超拉曼效应 140

3.3.5 非线性拉曼光谱学的小结 141

3.4 特殊技术 142

3.4.1 共振拉曼效应 142

3.4.2 表面增强的拉曼散射 142

3.4.3 拉曼显微术 143

3.4.4 时间分辨拉曼光谱学 144

3.5 激光拉曼光谱学的应用 144

3.6 习题 146

第4章 分子束的激光光谱学 147

4.1 缩减多普勒宽度 147

4.2 超声分子束的绝热冷却 154

4.3 冷分子束中的团簇和范德瓦耳斯分子的形成以及它们的光谱 161

4.4 分子束的非线性光谱学 166

4.5 快离子束中的激光光谱学 168

4.6 快离子束激光光谱学的应用 170

4.6.1 放射性元素的光谱 170

4.6.2 分子离子的光致碎裂谱 171

4.6.3 激光光致脱离光谱学 173

4.6.4 高速分子束的饱和光谱学 173

4.7 冷离子束中的光谱学 174

4.8 分子束激光光谱学和质谱学的结合 175

4.9 习题 177

第5章 光学泵浦和双共振技术 179

5.1 光学泵浦 180

5.2 光学-射频双共振技术 184

5.2.1 基本考虑 185

5.2.2 分子束中的激光-射频双共振光谱学 187

5.3 光学-微波双共振 190

5.4 光学-光学双共振 193

5.4.1 复杂吸收谱的简化 194

5.4.2 阶梯式激发和里德伯态的光谱 198

5.4.3 受激发射泵浦 206

5.5 双共振光谱学的特殊探测模式 208

5.5.1 光学-光学双共振偏振光谱学 208

5.5.2 偏振标记 211

5.5.3 微波-光学双共振偏振光谱 212

5.5.4 烧孔和离子凹坑的双共振光谱 213

5.5.5 三重共振光谱学 214

5.5.6 结合光谱 215

5.6 习题 216

第6章 时间分辨的激光光谱学 217

6.1 激光短脉冲的产生 217

6.1.1 脉冲激光的时域波形 218

6.1.2 Q-开关激光 219

6.1.3 腔倒空 221

6.1.4 激光的模式锁定 223

6.1.5 飞秒脉冲的产生 232

6.1.6 光脉冲压缩 237

6.1.7 利用啁啾激光镜获得小于10fs的光脉冲 241

6.1.8 光纤激光器和光学孤立子 243

6.1.9 波长可调的超短脉冲 247

6.1.10 超短光脉冲的整形 251

6.1.11 高功率超短激光脉冲的产生 252

6.1.12 通向阿秒区 258

6.1.13 产生短脉冲的小结 261

6.2 超短脉冲的测量 261

6.2.1 条纹相机 262

6.2.2 用于测量超短脉冲的光学关联器 263

6.2.3 光学栅极开关技术 272

6.2.4 直接场重构的谱相位干涉技术 274

6.3 用激光测量寿命 276

6.3.1 相移方法 278

6.3.2 单脉冲激发 279

6.3.3 延时符合技术 281

6.3.4 快分子束中的寿命测量 282

6.4 皮秒到阿秒范围的光谱学 285

6.4.1 液体中碰撞弛豫过程的泵浦／探测光谱 287

6.4.2 半导体中的电子弛豫过程 288

6.4.3 飞秒跃迁态动力学 288

6.4.4 分子振动的实时观测 290

6.4.5 原子内壳层过程的阿秒光谱学 291

6.4.6 瞬态光栅技术 292

6.5 习题 294

第7章 相干光谱学 295

7.1 能级交叉光谱学 296

7.1.1 汉勒效应的经典模型 297

7.1.2 量子力学模型 300

7.1.3 实验装置 302

7.1.4 例子 303

7.1.5 受激的能级交叉光谱学 304

7.2 量子拍光谱 306

7.2.1 基本原理 307

7.2.2 实验技术 308

7.2.3 分子量子拍光谱学 311

7.3 受激拉曼绝热传递技术 313

7.4 激发和探测原子和分子中的波包 314

7.5 光学脉冲序列的干涉光谱学 317

7.6 光子回声 319

7.7 光学章动和自由感应衰减 325

7.8 外差光谱学 326

7.9 关联光谱学 328

7.9.1 基本考虑 328

7.9.2 零差光谱学 332

7.9.3 外差关联光谱学 334

7.9.4 荧光关联光谱学和单分子探测 336

7.10 习题 338

第8章 碰撞过程的激光光谱学 339

8.1 碰撞谱线展宽和谱线位移的高分辨率的激光光谱学 340

8.1.1 碰撞过程的亚多普勒光谱学 340

8.1.2 结合不同的技术 342

8.2 测量激发态原子和分子的碰撞截面 344

8.2.1 测量绝对淬灭截面 345

8.2.2 碰撞诱导的激发态的转动振动跃迁 345

8.2.3 电子能量的碰撞传递 350

8.2.4 激发态原子发生碰撞时的能量聚集 352

8.2.5 自旋翻转跃迁的光谱学 353

8.3 测量分子的电子基态中的碰撞诱导跃迁的光谱技术 354

8.3.1 时间分辨红外荧光探测 356

8.3.2 时间分辨吸收和双共振方法 356

8.3.3 使用连续激光的碰撞光谱学 359

8.3.4 涉及高振动态分子的碰撞过程 361

8.4 化学反应碰撞的光谱学 362

8.5 用光谱确定交叉分子束中的差分碰撞截面 366

8.6 光子辅助的碰撞能量转移 371

8.7 习题 375

第9章 激光光谱学的新进展 376

9.1 原子的光学冷却和俘获 376

9.1.1 光子反冲 376

9.1.2 测量反冲引起的频率变化 378

9.1.3 用光子反冲实现光学冷却 380

9.1.4 实验装置 383

9.1.5 原子的三维冷却；光学黏团 388

9.1.6 分子的冷却 390

9.1.7 原子的光学俘获 392

9.1.8 光学冷却的极限 397

9.1.9 玻色爱因斯坦凝聚 400

9.1.10 蒸发冷却 401

9.1.11 分子的玻色-爱因斯坦凝聚 404

9.1.12 冷原子和冷分子的应用 405

9.2 单个离子的光谱学 406

9.2.1 离子的俘获 407

9.2.2 侧带的光学冷却 410

9.2.3 量子跃迁的直接观测 412

9.2.4 在离子陷阱中形成维格纳晶格 413

9.2.5 储存环中的离子激光光谱学 415

9.3 光学拉姆齐条纹 417

9.3.1 基本考虑 417

9.3.2 双光子拉姆齐共振 420

9.3.3 利用三个分立场的非线性拉姆齐条纹 423

9.3.4 反冲双谱线的观测和单反冲分量的抑制 425

9.4 原子的干涉 426

9.4.1 马赫-曾德尔原子干涉仪 427

9.4.2 原子激光 428

9.5 单原子微波激射 429

9.6 在自然线宽内的光谱分辨率 433

9.6.1 时间选择测量的相干光谱学 433

9.6.2 相干性和渡越窄化效应 437

9.6.3 亚自然线宽的拉曼光谱学 438

9.7 绝对光学频率的测量和光学频率标准 440

9.7.1 微波光学频率链 441

9.7.2 光学频率梳 443

9.8 压缩 446

9.8.1 光波的振幅涨落和相位涨落 447

9.8.2 压缩的实现 450

9.8.3 压缩光在引力波探测器中的应用 453

9.9 习题 455

第10章 激光光谱学的应用 456

10.1 化学中的应用 456

10.1.1 分析化学中的激光光谱学 456

10.1.2 单分子探测 458

10.1.3 激光诱导的化学反应 460

10.1.4 化学反应的相干控制 464

10.1.5 激光飞秒化学 466

10.1.6 用激光进行同位素分离 468

10.1.7 激光化学小结 470

10.2 用激光研究环境 470

10.2.1 吸收测量 471

10.2.2 用LIDAR进行大气测量 472

10.2.3 水污染的光谱探测 478

10.3 在技术问题上的应用 479

10.3.1 燃烧过程中的光谱学 479

10.3.2 激光光谱学在材料科学中的应用 481

10.3.3 激光诱导脱落光谱学 482

10.3.4 测量气体和液体中的流速 484

10.4 生物学中的应用 484

10.4.1 DNA中的能量传递 484

10.4.2 生物过程的时间分辨测量 485

10.4.3 微生物运动的关联光谱学 487

10.4.4 激光显微镜 488

10.5 激光光谱学在医学中的应用 490

10.5.1 拉曼光谱学在药物研究中的应用 491

10.5.2 耳鼓的外差测量 493

10.5.3 利用HPD技术来诊断和治疗癌症 495

10.5.4 激光碎石术 495

10.5.5 脑癌的激光诱导热治疗 497

10.5.6 监视胚胎中的氧浓度 498

10.6 总结 498

习题解答 500

参考文献 520