高分辨光谱学是研究消除谱线多普勒增宽的光谱学分支。这里只涉及非线性领域。提高光谱学的分辨率一直是光谱学家努力解决的课题之一。
正文
早期原子光谱的研究工作受到光谱仪的分辨本领的限制,使用了迈克耳孙干涉仪及法布里珀罗干涉仪等灵敏仪器后,便有效地提高了测量光波波长的精密度。但是,对于很靠近的光谱线仍是分辨不开的,例如氢原子光谱中的巴耳末线的成分。这并不是因为干涉仪的性能不够完善,而是因为谱线不够细锐。谱线的宽度掩盖了它的细致结构。谱线增宽的一部分原因是自然宽度的增加,即使在最佳的观测条件下,光谱线也不是绝对单色的。其原因是原子的稳态并不是真正的稳态,原子被激发后,会在一定的时间内辐射能量,也就是说,处于激发态的原子总是要衰变的。激发态的这种有限寿命增大了谱线的自然宽度。
谱线的自然宽度给光谱学的分辨设置了一个限度。但是一直到激光器在光谱研究中得到应用之前,几乎无法达到这个限度,其原因是在气体样品中,谱线在更大的程度上为多普勒效应所增宽,寻常的光谱学技术无法有效地消除谱线的多普勒增宽,因而也就难于提高光谱学的分辨率了。
自1970年以来,激光光谱学技术得到了很快的发展,这种技术的成效之一是显著地提高了光谱学的分辨率,提高了几个数量级。激光光谱学方法能够有效地消除谱线的多普勒增宽。这些方法主要是饱和光谱学、偏振光谱学及双光子光谱学。
饱和光谱学
依据激光的两种主要性质:窄的谱线宽度和高的强度。所使用的激光器多是连续波调频激光器,特别是染料激光器。在强激光光束中,气体原子吸收光子的速率超过了原子返回原始能级的速率,因而能够使吸收给定频率的光子的原子数目有所减少。这就是说,激光光束在道路上“扫除了”吸收这种频率的原子。当以相同频率的另一光束沿着同一道路通过气体样品时,就会发现气体原子对这种频率的光的吸...
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