光譜學
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
光譜學的實例教程
術語“光譜學”表示利用光與物質相互作用的方法。通常，某些相互作用的強度是作為波長或頻率的函數來測量的；即光譜起著重要作用。
本文僅涉及光譜學；還有各種其他領域，例如粒子光譜學。
光譜學的目的通常是檢測某些物質或測量它們的特性。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，物質的已知特性被用于某些目的，例如用于實現光頻標。有時使用光譜測定法代替光譜學一詞，是為了強調以定量方式測量某些量。
存在多種不同的光譜方法；本文只能提供課程概述。許多現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，自從激光出現以來，光譜學領域已經大大拓寬。甚至在此之前，光譜學就已經為許多現象提供了寶貴的見解。例如，在地球上發現氦之前，研究人員能夠研究太陽的內部并在那里發現氦。
另請參閱有關激光光譜學和激光吸收光譜學的更具體文章。
利用光的物理效應
光的吸收
光與物質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，原子和分子表現出不同的吸收特征，因此如果測量吸收與波長的關系，則可以輕松地區分不同的原子或分子。特別是在中紅外光譜區域，分子具有與其振動和旋轉模式相關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。一個應用示例是檢測微小濃度的空氣污染物。
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分不同的分子。然而，記錄一些足夠寬的波長范圍的吸收光譜通常會產生清晰的光譜指紋。人們還可以區分不同的同位素。
中紅外光譜區域對于許多氣體（例如空氣污染物）的敏感光譜非常理想。
展開 光譜學--對光的光譜（波長）組成的研究--仍然是光學的一個重要研究領域。采用衍射元件的色散行為來分離不同方向的入射光的不同光譜成分的多色器或單色器由于其易于使用和可調整性，經常被選擇用于這項任務，。。 在高速物理光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion中實現的 "連接場求解器 "方法可以模擬由各種元件組成的復雜系統，在這個領域就是如此：光柵和折射元件（如拋物面鏡）都是光譜系統中不可避免的部分。VirtualLab Fusion通過其完全矢量的、快速的物理光學引擎來模擬現實的、復雜的系統，這種能力為光學工程師提供了設計和分析這種設置的寶貴工具。作為一個例子，本周我們將介紹一個經典的Czerny-Turner單色器，并詳細介紹我們的光柵組件的特性。
Czerny-Turner設置
Czerny-Turner的設置--一個著名的單色儀的傳統例子--在這個案例中被演示，包括應用該設置來觀察鈉雙線的D線。
普通光學系統的光柵組件
本用例介紹了一般光學設置中的光柵組件，它允許在復雜的光學系統中包含各種不同的光柵。
展開 光譜學--對光的光譜（波長）組成的研究--仍然是光學的一個重要研究領域。采用衍射元件的色散行為來分離不同方向的入射光的不同光譜成分的多色器或單色器由于其易于使用和可調整性，經常被選擇用于這項任務。
在高速物理光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion中實現的 "連接場求解器 "方法可以模擬由各種元件組成的復雜系統，在這個領域就是如此：光柵和折射元件（如拋物面鏡）都是光譜系統中不可避免的部分。VirtualLab Fusion通過其完全矢量的、快速的物理光學引擎來模擬現實的、復雜的系統，這種能力為光學工程師提供了設計和分析這種設置的寶貴工具。作為一個例子，本周我們將介紹一個經典的Czerny-Turner單色器，并詳細介紹我們的光柵組件的特性。
Czerny-Turner設置
Czerny-Turner的設置--一個著名的單色儀的傳統例子--在這個案例中被演示，包括應用該設置來觀察鈉雙線的D線。
普通光學系統的光柵組件
本用例介紹了一般光學設置中的光柵組件，它允許在復雜的光學系統中包含各種不同的光柵。
展開 已經開發了用于這種測量的超精密光譜學方法。光學時鐘的光學頻率標準也采用極小的線寬。這里，激光的發射被穩定在窄的譜線上，使得激光的線寬甚至遠低于譜線的寬度。
線型，即光譜的形狀，通常與主導的譜線增寬機制有關。例如，當壽命展寬占主導地位時，經常觀察到洛倫茲線，而多普勒展寬導致高斯線形狀。
某些譜線的窄帶光通常被認為是準單色光。
四波混頻適用于激光光譜學，最常見的形式是相干反斯托克斯拉曼光譜學( CARS )，其中兩個輸入波產生具有稍高光學頻率的檢測信號。利用輸入光束之間的可變時間延遲，還可以測量激發態壽命和退相率。
四波混頻也可以用于相位共軛，全息的成像和光學圖像處理。
光譜學的相關專題、標簽、搜索
光譜學的最新內容
菲涅爾波帶片可用于不同的波長，因此其在X射線成像、光譜學、攝影和望遠鏡等許多應用中極具價值。
衍射分束器
衍射分束器是將入射光光束分成多個光束輸出或衍射級次的光柵。每個輸出光束都保留與輸入光束相同的光學特性。這類器件通常用于激光等設備中的單色光，并針對特定的波長和衍射角進行設計。
光譜學--對光的光譜（波長）組成的研究--仍然是光學的一個重要研究領域。采用衍射元件的色散行為來分離不同方向的入射光的不同光譜成分的多色器或單色器由于其易于使用和可調整性，經常被選擇用于這項任務。
光學標準具用于各種應用，例如在光譜學和激光諧振器領域。標準具的基本結構僅僅包括一對平面平行的透明板，并可以形成一個眾所周知的Fabry-Pérot諧振器，它通常用于光譜和/或角度選擇。
Fabry-Pérot標準具廣泛應用于激光諧振器和光譜學中，用于敏感波長的濾波。通常，它們由兩個高反射(HR)涂層表面和之間的空氣(或玻璃)組成。在這個例子中，建立了一個以硅為間層的標準具光學測量系統，以測量鈉D線。利用非序列場追跡技術，充分考慮了多元反射對條紋對比度的影響，研究了涂層的反射率對條紋對比度的影響。
傳感器和生物傳感器
表面等離子體光子學材料支持局域表面等離子體共振（LSPR），可增強局部電磁場，從而顯著改進光譜學和傳感應用。
例如，等離子體誘導共振能量轉移（PIRET）可用于提高發光二極管（LED）的效率以及熒光傳感器的性能。
表面等離子體光子學的強大應用之一是：用于檢測微量生物或化學制劑的傳感器。
傳感器和生物傳感器
表面等離子體光子學材料支持局域表面等離子體共振（LSPR），可增強局部電磁場，從而顯著改進光譜學和傳感應用。
例如，等離子體誘導共振能量轉移（PIRET）可用于提高發光二極管（LED）的效率以及熒光傳感器的性能。
表面等離子體光子學的強大應用之一是：用于檢測微量生物或化學制劑的傳感器。
摘要
光分束器設備在光譜學、干涉測量和光通信領域的許多應用中發揮著關鍵作用。一種常見的分光器是基于受抑全內反射（FTIR）的效果，由兩個玻璃棱鏡組成，它們被一個非常薄的層分開。如果該層足夠薄，部分光線將通過邊界，由倏逝波通道到另一側，而其余的將被反射。
系統設置
非序列追跡
通道配置模式設置為“手動配置”時，用戶可以為系統中的每個曲面分別指定仿真中遵循的光路。
摘要
光分束器設備在光譜學、干涉測量和光通信領域的許多應用中發揮著關鍵作用。一種常見的分光器是基于受抑全內反射（FTIR）的效果，由兩個玻璃棱鏡組成，它們被一個非常薄的層分開。如果該層足夠薄，部分光線將通過邊界，由倏逝波通道到另一側，而其余的將被反射。
系統設置
非序列追跡
通道配置模式設置為“手動配置”時，用戶可以為系統中的每個曲面分別指定仿真中遵循的光路。
典型的傅立葉變換光譜學通常是基于這類光學裝置。
摘要
在氣體光譜學中，為了獲得足夠靈敏的吸收測量，通常要求具有較長的光程長度。充氣體積包裹在反射鏡之間的多通道單元是滿足這一要求的一種方式，同時在途中控制光束發散，避免了對超大設備的需求。Herriott單元是這種系統的一個例子，其特點是使用兩個球面反射鏡，在其中一個球面反射鏡上鉆一個離軸孔，以允許光束進出。鏡子的曲率改變了光束的方向并控制了它的發散。
