術(shù)語“光譜學”表示利用光與物質(zhì)相互作用的方法。通常，某些相互作用的強度是作為波長或頻率的函數(shù)來測量的；即光譜起著重要作用。 LOe!qt\&  
本文僅涉及光譜學；還有各種其他領(lǐng)域，例如粒子光譜學。 "eGS~-DVK  
光譜學的目的通常是檢測某些物質(zhì)或測量它們的特性。例如，氣體光譜學通常用于測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，例如用于實現(xiàn)光頻標。有時使用光譜測定法代替光譜學一詞，是為了強調(diào)以定量方式測量某些量。 M,y='*\M  
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或多個激光器，因此被稱為激光光譜法。由于激光器在時空相干性、窄線寬和波長可調(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，光譜學領(lǐng)域已經(jīng)大大拓寬。甚至在此之前，光譜學就已經(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。 c( gUH  
另請參閱有關(guān)激光光譜學和激光吸收光譜學的更具體文章。 E39:}_IV  
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利用光的物理效應(yīng) rA{h/T"  
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光的吸收 H${Ym BG  
光與物質(zhì)之間的不同相互作用可以在光譜學中利用。最常用的相互作用是光的吸收（→吸收光譜）。例如，原子和分子表現(xiàn)出不同的吸收特征，因此如果測量吸收與波長的關(guān)系，則可以輕松地區(qū)分不同的原子或分子。特別是在中紅外光譜區(qū)域，分子具有與其振動和旋轉(zhuǎn)模式相關(guān)的相對強且窄的吸收線。這使得人們能夠以非常高的靈敏度檢測多種物質(zhì)。一個應(yīng)用示例是檢測微小濃度的空氣污染物。 y$\K@B4  
由于分子可以具有許多不同的吸收線，其中一些吸收線對于不同的物種可能重疊，因此單條吸收線的檢測通常不足以區(qū)分不同的分子。然而，記錄一些足夠?qū)挼牟ㄩL范圍的吸收光譜通常會產(chǎn)生清晰的光譜指紋。人們還可以區(qū)分不同的同位素。 =ngu*#?c4  
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大和/或更復雜和昂貴。例如，可以在非線性晶體材料中應(yīng)用差頻生成，需要兩個輸入波長并且通常導致相當?shù)偷墓夤β�。其他挑�?zhàn)是獲得在長波長下具有高透射率的光學材料以及靈敏的光電探測器更加困難。因此，人們經(jīng)常利用其他方法，例如對應(yīng)于較短波長的較高光學頻率的吸收線，其中更容易實現(xiàn)合適的激光源并且可以獲得更好的光電探測器（在極端情況下，甚至用于光子計數(shù)）。然而，這種方法吸收帶較弱，因此常常導致較低的靈敏度。 A+Z3b:}~  
吸收測量通常使用分光光度計進行。此類儀器可以覆蓋較大的波長范圍并提供相當高的波長分辨率。然而，它們只能利用介質(zhì)中非常有限的傳播長度，因此不適用于吸光度非常低的物質(zhì)。 69q8t*%O  
如果光的通過長度相應(yīng)增加，則低吸收系數(shù)仍然可以實現(xiàn)高靈敏度。因此，人們使用多通道氣體池，可以在相對緊湊的池中實現(xiàn)長路徑長度。然而，只有當光具有相對較高的空間相干性時，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。 } vcr71u  
激光吸收光譜還具有波長分辨率顯著提高的優(yōu)點，因為激光器的線寬可以遠小于光譜儀的分辨率。分辨率提高的一個受歡迎的副作用是窄帶吸收特征的靈敏度也大大提高。 0Wv9K~F  
還有一些諧振技術(shù)，其中使用無源光學諧振腔內(nèi)的吸收（例如腔衰蕩光譜）或激光諧振腔內(nèi)的吸收（腔內(nèi)激光吸收光譜）。在后一種情況下，例如可以使用寬帶光纖激光器，其中在施加短泵浦脈沖之后檢測輸出光譜一段時間。即使吸收特征很弱，也可能導致測量光譜明顯下降，因為該吸收適用于許多后續(xù)的諧振器往返過程。 zz02F+H$Y  
光譜學不僅適用于微觀粒子，還適用于光學諧振器等宏觀物體。例如，高精度穩(wěn)定的光學諧振器可以用作光學頻率標準并用光譜方法進行探測。 "P0o)g+{  
吸收的其他影響 /A##Yv!biR  
通常，測量到的光譜效應(yīng)是由于吸收而導致的光功率降低。然而，還有其他可能性。例如，在光聲光譜中，人們利用從功率調(diào)制源吸收光來產(chǎn)生聲音。吸收的光會產(chǎn)生一些熱量，從而導致氣體膨脹，從而產(chǎn)生聲波，可以用靈敏的麥克風檢測到。 '_(oa<g  
光的發(fā)射或散射 BWw7o{d  
物質(zhì)也可以被激發(fā)以發(fā)射或散射具有特征的光。通過簡單的加熱或陽光照射，這已經(jīng)成為可能。例如，衛(wèi)星上的光譜儀可以記錄來自地球表面的散射光的光譜，以區(qū)分巖石、植物、湖面等。 ^JYR^X>_  
在天文學中，人們分析來自遙遠恒星和星系的光譜，其中包含溫度、化學成分、運動速度等信息。在實驗室中，人們經(jīng)常使用氣體放電來激發(fā)原子或分子，使它們輻射光。 lywcT
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許多先進的光譜方法使用激光源照射樣品。吸收的光不僅會導致加熱，還會激發(fā)原子或分子，然后發(fā)出熒光。人們可以記錄發(fā)射光的光譜和/或激發(fā)強度作為泵浦光波長的函數(shù)；這兩種方法都可以對某些物質(zhì)進行高度特異性的檢測，或者允許人們測量材料的某些微觀特性。有關(guān)更多詳細信息，請參閱有關(guān)熒光光譜的文章。 xZ4\.K\f]  
另一種選擇是激光誘導擊穿 光譜，其中用強激光脈沖激發(fā)樣品，形成等離子體，然后檢測樣品在可見和/或紅外光譜區(qū)域發(fā)出的光。 ?;uzx7@F  
這種方法的一個例子是激光增益介質(zhì)的研究。具有合適光頻率的激光束可以將激光活性離子激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)，從亞穩(wěn)態(tài)它們可以被進一步激發(fā)（以獲得足夠高的光強度）或回到基態(tài)，發(fā)射熒光。熒光光譜與波長相關(guān)的發(fā)射截面有關(guān)，這與可實現(xiàn)的激光增益相關(guān)。人們還可以檢測短激光脈沖激發(fā)后熒光強度的衰減，以確定上態(tài)壽命。通過結(jié)合光譜技術(shù)，人們可以對激光晶體或稀土摻雜光纖等激光增益介質(zhì)的物理細節(jié)進行全面表征 。人們甚至可以研究微妙的效應(yīng)，例如不同激光活性離子之間的相互作用，從而導致能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。 RTF{<,E.UX  
另一個例子是拉曼光譜，其中用高光功率水平的窄帶光（通常從激光獲得）照射物質(zhì)，并且檢測到由自發(fā)和/或自發(fā)和/或產(chǎn)生的波長稍長的微弱光發(fā)射。受激拉曼散射，一種非彈性散射。拉曼散射光的光譜（通過特殊的窄帶二向色濾光片（如梳狀濾光片）與泵浦光分離）包含分子振動的信息。有關(guān)更多詳細信息，請參閱有關(guān)拉曼光譜的文章。 REFisH-  
高能激光雷達系統(tǒng)（例如在大氣研究中使用）允許遠距離遠程光譜測量。在這里，我們可以利用反向散射光的多普勒頻移來揭示縱向風速。人們已經(jīng)開發(fā)了多種方法，可以遠程測量溫度、壓力、痕量氣體濃度和云粒子密度等許多特性。 X(Ef=:  
光學相位的變化 F"B!