光譜分析論文

1、光譜分析課程論文作業(yè)學(xué)院：物理與電子工程學(xué)院班級(jí)：11級(jí)物理二班學(xué)號(hào)：1102214112姓名：余姣腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)余姣1102214112- -腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)【摘要】激光具有譜線(xiàn)寬度極窄、相干性?xún)?yōu)良、光譜功率密度高和波長(zhǎng)可調(diào)諧，并且可對(duì)頻率與幅度進(jìn)行調(diào)制等特性。激光的這些特性導(dǎo)致了光譜技術(shù)的一系列革命性變革?！娟P(guān)鍵詞】激光；激光吸收光譜；腔內(nèi)吸收光譜；靈敏度【引言】傳統(tǒng)吸收光譜光源為寬帶光源，在吸收后再分光，受光柵單色儀影響一一分辨率差。激光吸收光譜利用激光本身所具有的特性改良了傳統(tǒng)吸收光譜的局限，激光吸收光譜在吸收時(shí)分光，受限于分子原子的吸收線(xiàn)寬。腔內(nèi)吸收光譜利用諧振腔的諧振特性與激光的

2、增益特性探測(cè)衰減速率，成為一種高靈敏度的檢測(cè)技術(shù)。腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)(iclas)被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于探測(cè)氣體、液體、火焰以及等離子體中原子和分子的極弱吸收。其中其中的一個(gè)主要應(yīng)用是研究分子高振動(dòng)態(tài)的高分辨光譜，主要特征是靈敏度極高，可檢測(cè)出少量分子微弱的光譜吸收，同時(shí)又可以對(duì)樣品的吸收系數(shù)進(jìn)行直接測(cè)量?！菊摹恳?、腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)的介紹ICLAS的工作原理是把吸收樣品放入一個(gè)連續(xù)多模的寬帶激光腔內(nèi)時(shí)，由于與頻率有關(guān)的樣品的吸收，使得一些模式的損耗增大，模式的強(qiáng)度降低，從而得到了以寬帶激光的發(fā)射光譜為基線(xiàn)的吸收線(xiàn)P通過(guò)解關(guān)于光子數(shù)和增益介質(zhì)上態(tài)能級(jí)布局?jǐn)?shù)的速率方程組，可以得到在激光開(kāi)始起

3、振后tg時(shí)刻的多次平均的光強(qiáng)表達(dá)式。腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)將樣品池放入激光諧振腔的一種光譜技術(shù)。也就是說(shuō)，在激光諧振腔內(nèi)除激光介質(zhì)以外，還有被測(cè)樣品物質(zhì)。這時(shí)，腔內(nèi)的光束既是激光器的振蕩譜線(xiàn)，又是樣品分子的激發(fā)光束。此方法與傳統(tǒng)吸收光譜相比可獲得檢測(cè)高得多的靈敏度。二、腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)的基本原理在設(shè)計(jì)腔內(nèi)吸收裝置時(shí)，需要考慮樣品的吸收譜線(xiàn)與激光譜線(xiàn)之間的相對(duì)線(xiàn)寬來(lái)選取激光器以及檢測(cè)方法。如樣品的吸收帶相對(duì)較寬，就要選用可調(diào)諧激光器，使激光波長(zhǎng)在吸收帶的范圍內(nèi)掃描。Miifc光介質(zhì)控制電路記童儀安裝在反射鏡M上的壓電陶瓷與腔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)具一起組成2激光波長(zhǎng)的調(diào)諧機(jī)構(gòu)，通過(guò)控制電路來(lái)改變標(biāo)準(zhǔn)具的傾角，以實(shí)現(xiàn)波

4、長(zhǎng)掃描。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)調(diào)諧機(jī)構(gòu)，使激光譜線(xiàn)掃過(guò)樣品的吸收光譜區(qū)。樣品分子未吸收時(shí)的激光輸出光強(qiáng)I為探測(cè)器D輸出的0基線(xiàn)。當(dāng)激光波長(zhǎng)掃描到樣品分子的某個(gè)吸收峰上時(shí)，激光的輸出光強(qiáng)將急劇下降，這種強(qiáng)度變化構(gòu)成了樣品的吸收譜線(xiàn)，變化的幅度就是吸收譜線(xiàn)的強(qiáng)度。三、腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)的靈敏度分析(1)多次通過(guò)效應(yīng)設(shè)想有一個(gè)均勻展寬雙模激光器，激光介質(zhì)對(duì)兩個(gè)模的增益相同，設(shè)腔內(nèi)樣品對(duì)其中一個(gè)模是無(wú)損耗的，該模的傳輸系數(shù)為1.0，另一個(gè)模的單稱(chēng)損耗為0001，其腔傳輸系數(shù)是0.998。(2)閾值效應(yīng)激光器是一個(gè)閾值器件，增益必須達(dá)到閾值才能振蕩。腔內(nèi)樣品吸收引起的損耗影響到激光的輸出功率，根據(jù)輸出功率與反射鏡的

5、透射率關(guān)系，閾值效應(yīng)引起的靈敏度為M為增強(qiáng)因子G和a分別是增益和諧振腔的損耗當(dāng)增益很高，G-aG,心當(dāng)增益接近閾值，G心aG-a(3)模式競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)根據(jù)激光原理，當(dāng)腔內(nèi)未放樣品時(shí)，光通過(guò)增益介質(zhì)后的光強(qiáng)I可以寫(xiě)為I=IoexpGZ設(shè)反射鏡Ml和M2的反射率分別為R1和R2,則當(dāng)光在腔內(nèi)往返一次后光強(qiáng)的變化為I=IqRRqexp2GZ當(dāng)腔內(nèi)放置樣品后，設(shè)光通過(guò)樣品的透射率為T(mén),則光在腔內(nèi)往返一次后光強(qiáng)的變化為I=IqRRJ2exp2GZ=厶exp2（GZct）其中。二-hi丁j為反射鏡和樣品吸收引起的腔損耗。若光在腔內(nèi)往返n次，則激光輸出光強(qiáng)為I=Ioexp2x（G_理）未放樣品是T=l,腔損耗=

6、_h腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)余姣1102214112- -I9=/0exp2n(GL-腔內(nèi)放置樣品與未放置樣品時(shí)激光輸出光強(qiáng)之比為Zoexp2x(GZl-a/0exp2n(GZ-=exp2刃(a-a)=exp2n27?(1h(Jt?7?2=exp-277In7設(shè)a為腔內(nèi)放置樣品后的表觀吸收，A=log(I/I),A為aan1光通過(guò)樣品一次的吸收4=1gy則有打=2刃n由腔的光子壽命T決定。4對(duì)于脈沖激光器，T為一個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間L四、腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用反射鏡Ml與M2構(gòu)成了激光諧振腔，腔內(nèi)有一12蒸汽腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)余姣1102214112吸收池，蒸汽池內(nèi)12的濃度由溫度來(lái)控制。當(dāng)腔內(nèi)沒(méi)有吸收

7、時(shí)，入射的激光束產(chǎn)生強(qiáng)度相等的I2熒光譜線(xiàn)，此時(shí)由于激光譜線(xiàn)中在這一頻率上的吸收，則外吸收池的這一頻率上的熒光將出現(xiàn)下降，甚至被熄滅，而熒光池的熒光強(qiáng)度并不改變。與單程測(cè)量相比較，這種檢測(cè)方法的靈敏度提高了約100000倍。腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)利用了諧振腔的諧振特性與激光的增益特性探測(cè)衰減速率，成為一種高靈敏度的檢測(cè)技術(shù)。【結(jié)論】通關(guān)本文的介紹，我們不難得出，腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)是一種高靈敏度高分辨的激光光譜技術(shù)，與傳統(tǒng)方法相比，具有更高的靈敏度。更為重要的是該技術(shù)的局限性較小。上述文字腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)的原理、方法，以及相關(guān)的簡(jiǎn)單應(yīng)用。通過(guò)腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，加深了對(duì)該技術(shù)的了解與認(rèn)識(shí)。腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)在近些年內(nèi)發(fā)展非常迅速，已經(jīng)成為研究光譜的有力工具。相信隨著科學(xué)技術(shù)手段的提升，隨著對(duì)該技術(shù)系統(tǒng)的深入研究，腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)還會(huì)有更新的發(fā)展，更廣的應(yīng)用。【參考