激光光谱学的现状与前景

一、学科的发展与趋向 激光光谱学是激光出现以后最活跃的光学研究领域之一.它的任务是充分利用激光的高强度、高单色性、相干性和方向性,解决传统光谱学难以解决成有待解决的一系列问题.例如,高分辨和超高分辨光谱,高激发态光谱以及超快过程(即高时间分辨)光谱等问题.　近二十年来,无论是光源、光谱方法或应用方面,激光光谱学都在快速地发展,总的趋势如下.(1)光谱分辨率愈来愈高 1970年是激光光谱学有较大突破的一年,当时用饱和吸收法获得了激光腔外气体的消多普勒加宽谱,观测了碘分子被多普勒加宽所淹没的超精细结构.谱线宽度为6MHz,分辨…     

含油岩心显微红外光谱成像方法的研究

虽然用红外光谱显微探针方法研究岩心中碳质物已有很多工作,但是通常对诸如岩心等样品物性的光谱学微探针实验研究多是局限于对经过复杂处理分离出的微小样品或样品中个别位点所得的结果,缺乏对复杂样品各组分(或基团)的空间分布及其相互关系的研究。近年来新发展起来的光谱成像分析系统将光谱技术与成像技术有机地结合起来融为一体,可在光谱和空间两个方面对目标样品进行分析和识别并已得到广泛应用,但是用红外显微成像光谱研究岩心的工作则少有报道。文章报道了应用透射和衰减全反射(ATR)两种方式对含油岩心进行了显微红外光谱成像(Mapping)的研究。从灵敏度、信噪比、光谱分辨率和空间分辨率以及工作效率等方面对两种方式所得实验结果进行了比较和评估。     

岩心显微拉曼光谱成像方法的研究

虽然用激光拉曼光谱显微探针研究岩心中碳质物的工作已有很大进展,但是通常对诸如岩心等样品物性的光谱学(红外、拉曼和荧光等)微探针实验研究多是局限于对经过复杂处理分离出的微小样品或样品中个别点得到的结果,缺乏对复杂样品各组分(或基团)的空间分布及其相互关系的研究。近年来新发展起来的光谱成像分析系统将光谱技术与成像技术有机地结合起来融为一体,可在光谱和空间两个方面对目标样品进行分析和识别,但是用拉曼显微成像光谱研究岩心的工作则少有报道。文章报道了应用“串行-成像”(series-or indirect-imaging,Mapping)和“并行-成像”(parallel-or direct-imaging, Imaging)两种方式对含油岩心进行了显微拉曼光谱成像的研究。从光谱分辨率和空间分辨率以及工作效率等方面对两种方式所得试验结果进行了比较和评估。     

红外激光光谱学的进展

激光技术对于光谱学的发展起了巨大的推动作用。在探测灵敏度方面,在时间、空间与光谱(能量)分辨率方面都远远超过了常规光谱学所能达到的程度。因此,激光光谱学提供了独一无二的极为有价值的关于物质能级结构及动力学的知识;并且在生产中蕴育着重大的应用潜力,诸如反应的诊断,化学分析,过程的控制等。本文并不拟对激光光谱学的成就作多方面的讨论,只打算就高分辨率红外激光光谱学的发展现状作一概述,这个课题无疑对于光化学与光物理学都是重要的。有关细节的讨论可参阅所引参考资料。红外激光光谱学同常规红外光谱学比较起来,其最大特点是具有极高的光谱分辨率。例如红外光栅分光仪的光谱分辨率大约从1到0.1cm~(-1);傅立叶变换红外分光仪的分辨率大约从0.05到0.01cm~(-1)。这些常规的红外光谱仪器所产生的红外光谱,除了最简单分子外,即使对于不太复杂的分子也显示不出细致结构,因为吸收峰的宽度远远小于仪器的分辨水平,光谱中的大部分结构细节被掩盖了。产生谱线宽度的原因可以有多种,但在低气压下,谱线     

CO和CO2的1.58μm波段可调谐二极管激光吸收光谱的二次谐波检测研究

红外可调谐二极管激光吸收光谱技术作为新的痕量气体监测分析方法,在大气化学研究和污染气体监测中得到了应用.文章介绍利用可调谐二极管激光吸收光谱学(TDLAS)技术对常压下的CO和CO2的近红外波段光谱静态测量研究和洛伦兹线型下的CO2二次谐波光谱与调制度的关系.     

激光、激光技术 激光工作物质

TN244 2006031979LiNbO3∶Cr∶ZnO晶体生长和光谱特性的研究=Studyon growth and spectral characteristics of Li NbO3∶Cr∶ZnOcrystal[刊,中]/游振宇(中科院福建物质结构研究所.福建,福州(350002)) ,涂朝阳…∥光谱学与光谱分析.—2006 ,26(1) .—1-5采用提拉法从近化学计量比的熔体中生长出尺寸为φ20 mm×50 mm的优质Li NbO3∶Cr∶ZnO(CZLN)晶体,其光学均匀度为7 .59(10-5)。进行了吸收和荧光光谱的测定研究。给出了吸收谱测试、荧光测试结果,计算了晶场强度和Racah参数。研究表明,CZLN晶体具备可调谐激光晶体的基本光谱要…     

光学相关论题 生物光学

Q632006032789叶绿体延迟荧光中730nm成分产生机理的光谱学研究=Spectroscopic research on mechanism for730nm compo-ment in delayedfluorescence of chloroplast[刊,中]/王成龙(华南师范大学激光生命科学研究所暨激光生物科学教育部重点实验室.广东,广州(510631)),邢达…∥光谱学与光谱分析.—2006,26(1).—6-10利用多种光谱学测量手段研究了叶绿体延迟荧光光谱中730nm峰的产生机制,给出了不同浓度下叶绿体延迟荧光光谱实验结果。吸收光谱实验结果和叶绿体730nm荧光成分的激发光谱实验结果表明了叶绿体延迟荧光光谱中730nm峰是由PSⅡ…     

喇曼感应克尔效应光谱学

喇曼感应克尔效应光谱学记作RIKES(是Raman Induced Kerr-Effeet Spectroscopy的缩写),是相干喇曼光谱学的一个分支.喇曼感应克尔效应是 1975年由 D.Heiman,R.W.Hellwarth等人首先演示的[1].之后,G.L.Eesley,M.D.Levenson[2]和 A.Owyoung等发展了光外差喇曼感应克尔效应光谱学(Optically heterdynedRIKES,缩写作OHD-RIKES),并很快在液相介质及气相介质的高分辨率喇曼光谱的研究中得到成功的应用. 用两束激光同时照射介质,我们把其中强的一束偏振光(圆频率为ω1)称为抽运光,另一束弱的线偏振光(圆频率为ω2)称为探测光.在抽运…     

基于激光的光谱辐射定标

随着地面遥感、航空与航天遥感、等离子体物理、定量光谱学等研究的发展,对光谱辐射定标精度提出了越来越高的要求,推动了基于可调谐激光的光谱辐射定标新型技术的发展。国际上英国、美国、德国等国家的计量科研机构相继建立了溯源于低温辐射计、低不确定度的基于可调谐激光的光谱辐射定标装置,用于探测器、遥感仪器光谱响应度定标和特性研究。其中美国国家标准技术研究院(NIST)的均匀光源光谱辐照度和辐亮度响应度定标装置(SIRCUS)和德国物理技术研究院(PTB)的光度学可调谐激光装置(TULIP)最具代表性。相对于灯-单色仪系统,在辐射定标应用中,基于激光的光谱辐射定标具有光谱带宽窄、波长精度高、定标不确定度低等众多优点。本文介绍了基于激光的光谱辐射定标的发展状况和以英国国家物理实验室(NPL)、NIST和PTB为代表的基于激光的辐射定标装置结构与性能,分析了基于激光的光谱辐射定标技术优势,并进一步阐述了此技术的应用。基于激光的光谱辐射定标装置可广泛应用于重要的高精度系统级辐射定标测量,包括亮度温度、空间遥感仪器辐照度和辐亮度定标,推动航空航天、大气物理、光谱学、生物科学等科研、工业领域的发展。     

光散射谱学在地球内部物质弹性波速测量中的应用与展望

高温高压下地球内部物质弹性波速的实验测量数据,可直接与地震波观测结果相结合,对地球内部的组成、状态和物质运移方式等进行反演,是了解地球深部信息的重要手段。在金刚石压砧(diamond anvil cell, DAC) 中利用布里渊散射对矿物波速进行原位测量,是人们研究地球各圈层弹性性质的重要方法。随着DAC实验技术发展,一方面,可以获得模拟地球各圈层的极高温压条件;另一方面,DAC的光学特性使得各种光学分析和测试方法得到了广泛的应用。要获得高温高压下的弹性波速,首先需要对样品腔中的实验压力和加热温度进行精确的标定和测量;其次需对散射信号进行处理,通过布里渊散射频移,求出样品中的波速;最后结合X射线技术获得的晶格常数,可由固体弹性理论解出矿物的各弹性参数。重点介绍了布里渊散射和拉曼散射等光谱学方法在弹性波速实验研究中的应用,阐述了它们在波速测量、压力和温度标定等方面的基本原理和研究进展。分析了两种光谱学定压方法(荧光光谱压标和拉曼光谱压标) 的定压方式和适用范围,以及两种主要的光谱学温标(黑体辐射温标和拉曼光谱温标) 在温度测量中的应用。最后,回顾了基于光谱学测量建立起来的布里渊散射系统对下地幔主要矿物(钙钛矿、方镁铁矿、斯石英等) 弹性波速测量取得的新成果,深入讨论了它们的地球物理意义,并对其未来的发展进行了展望。     

若干低维材料的拉曼光谱学研究--2004年度国家自然科学二等奖获奖项目介绍

文章扼要介绍了2004年国家自然科学二等奖获奖项目：《若干低维材料的拉曼光谱学研究》．用拉曼光谱研究低维纳米材料,必须对传统拉曼光谱学进行改造,创建新的“低维拉曼光谱学”．该项目通过若干低维材料的研究,为创建低维拉曼光谱学作出了系统的创新性贡献,如最先鉴认出典型低维材料的拉曼指纹谱,发现拉曼光谱的两个基本特征出现“反常”,但证明拉曼散射基本原理在低维体系中依然成立．通过低维拉曼光谱和光发射谱的应用研究,发现了材料的许多新奇物性,如发现超晶格和碳纳米管是类缺陷结构,和极性半导体纳米晶材料具有非晶特性,并提出了多孔硅的“量子限制电化学”形成和“多源量子阱”光发射模型,促进了低维材料和半导体器件的制备．     

张志三的生平和科学贡献(1920-2003年)

张志三先生是光谱学家，早期致力于原子发射光谱应用的研究，建立了较完善的分子光谱实验室，为我国光谱学的发展做出了贡献，他热心进行激光光谱的应用研究，促进了我国激光物理、原子、分子物理的发展，张志三先生因病于2003年9月20日在北京逝世，为表达我们的哀思和怀念，特转载张道中研究员撰写的《张志三先生的生平和科学贡献(1920—2003年)》一文。     

三维光谱学--二维红外光谱和时间分辨光谱

本文介绍了一类重要的光谱学分析方法-三维光谱学方法,对其中的时间分辨光谱和二维红外光谱作了详细的介绍,包括它们的基本原理、获取谱图的方法、谱图的性质等.介绍了二维红外光谱方法在光谱学分析中的一些应用领域.三维光谱分析方法已经成为光谱分析中重要的研究方法之一.     

椰子花粉过敏原profilin蛋白体外重折叠过程的光谱学研究

在基因工程技术中,采用原核表达系统获得的重组蛋白通常都是以包涵体的形式存在.利用圆二色性光谱、荧光光谱和同步荧光光谱对尿素诱导的重组椰子化粉泛过敏原profilin蛋白包涵体的复性过程进行了系统的光谱学研究,得到了profilin蛋白复性过程的光谱学特征;结合生物信息学方法,通过对profilin蛋白的二级结构和三级结构的预测,进一步分析了复性过程中profilin蛋白构象变化的特点,初步建市了一种新的检测重组变应原蛋白复性程度的光谱学实验方法,为重组蛋白包涵体复性机理的深入研究进行了有益的探索.     

基于波段注意力卷积网络的近红外奶粉皮革水解蛋白掺假检测

近年来,深度学习技术在近红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱等的光谱学数据建模上取得一系列突破。由于深度学习方法对于样本数量的需求高,而在分析化学领域获得大量有标签样本较为困难,因此过拟合问题一直是深度神经网络在化学计量学中应用时研究者高度关注的问题。该工作提出基于波段注意力卷积网络(WA-CNN)的近红外数据建模方法,并应用于婴儿配方奶粉皮革水解蛋白(HLP)掺假定量分析。WA-CNN在传统卷积网络的基础上加入波段注意力模块,该模块采用卷积操作自训练波段注意力权值,并以乘法加权形式对有效波段进行激活,从而有效缓解深度神经网络在近红外数据建模中的波段信息冗余问题,达到抑制过拟合,提升预测精度的目的。研究中共测试100个皮革水解蛋白掺假婴儿配方奶粉样本的近红外光谱数据,其中皮革水解蛋白的掺假比例范围是0%～20%。采用60%的样本训练,剩余40%样本测试,随机采样10次,通过测试集均方根误差(RMSEP)、决定系数(R²)以及相对分析误差(RPD)的均值来进行模型评价。并建立偏最小二乘回归(PLS)、支持向量机回归(SVR)和常规的一维卷积神经网络(CNN)三种传统模型用于...     

光学材料 光电功能材料

O631.242006054667三功能合一的含铽高聚物的光谱性质研究=Study onspectral properties of tri-functional polymers containingterbiumcomplex[刊,中]/王文(福建师范大学化学与材料学院.福建,福州(350007)),林美娟…//光谱学与光谱分析.—2006,26(6).—1123-1126制备了一种新型的可平衡电荷(空穴与电子)传输的含铽高聚物。用红外光谱、飞行时间二次离子质谱、紫外光谱研究了其光谱性质,确认这种高聚物含有咔唑、铽络合物、噁二唑单元。用荧光光谱研究了不同状态下高聚物的荧光性质,来自共轭基团的荧光出现“荧光猝灭”。在紫外光照射下,…     

光散射学报 2001年 第13卷 总目次

第 1期中国物理学家对世界拉曼光谱学发展的贡献与低维材料的拉曼光谱学研究　　　　…张树霖　　 ( 1 )………………………………………………………………………………现场拉曼光谱研究非水体系中铂电极上甲醇的解离吸附　　　　………………………顾仁敖 ,曹文东 ,曹佩根 ,孙玉华 ,姚建林 ,任　斌 ,田中群　　 ( 8)…………………近场拉曼光谱实验装置及ＣＶＤ金刚石膜的近场拉曼光谱　　　　……………………王晶晶 ,阎　宏 ,邓宇俊 ,李红东 ,张玉峰 ,张　帆 ,夏宗炬 ,高巧君 ,邹英华　　 ( 1 2 )不同类型的金属硫蛋白的振动光谱的观测…     

衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术的临床应用研究进展

系统回顾了衰减全反射傅里叶变换红外光谱(attenuated total reflection Fourier transform infrared, ATR-FTIR)技术在临床医学领域中的应用研究进展。ATR-FTIR光谱技术具有实时、简单、无创扫描生物组织样品的优势,通过结合多模式识别统计学方法并对照临床及病理学诊断结果,可对生物组织样本进行判别分析。目前,对甲状腺、乳腺,以及肺组织等新鲜离体组织的光谱学检测中,ATR-FTIR技术可达到较高的判别敏感性、准确性与特异性;尤其在对甲状腺和乳腺疾病患者的前哨淋巴结活检的研究中,应用ATR-FTIR技术,可对良、恶性组织进行敏感性、准确性与特异性均较高的鉴别研究,对辅助临床诊断具有潜在的重要价值。此外,利用ATR-FTIR光谱技术对生物体液进行光谱分析并进一步诊断疾病的研究也在逐步开展。由于血清中所含成分的改变对于提示疾病状况具有重要价值,因而血清ATR-FTIR光谱学诊断方法成为研究热点,已有应用ATR-FTIR技术对脑胶质细胞瘤、心肌梗死、肾衰、阿尔茨海默病、卵巢癌与子宫内膜癌等多种疾病进行分析的研究报道。目前已可通过ATR-FTIR技术对卵巢癌进行疾病分期的判别诊断,该技术有望成为卵巢癌筛查的重要方法。由于血清ATR-FTIR光谱学技术具有检测快速、判别准确、性价比高等优势,有望成为今后生物医学发展的重要方向之一。     

钨—硅共溅薄膜中形成硅化钨的喇曼光谱

用喇曼光谱的方法研究了钨-硅共溅薄膜中形成的硅化钨的特性,得到了二硅化钨的喇曼位移峰:333cm~(-1)和456cm~(-1)。实验表明喇曼光谱学方法可以实现对钨-硅薄膜中硅化钨的快速形成过程进行实时监测。     

激光光谱实验的计算机化

激光光谱技术使光谱学进入一个新纪元,它大大地提高了光谱分辨率,提供了进一步认识物质结构及其相互作用细节的有力工具。但是,这些高分辨的激光光谱(激光激发荧光光谱和红外半导体激光光谱等)往往包含大量的光谱峰,其频率的绝对测量通常都是十分困难的。本文介绍一些新技术,用计算机来控制实验并自动进行测量。它们不仅可以大大减轻研究者的劳动,使实验变得更快更容易,而且可以使实验测量达到人力不及的精度。