術(shù)語“
光譜學(xué)”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。
>_e]C}QUr 本文僅涉及光譜學(xué)；還有各種其他領(lǐng)域，例如粒子光譜學(xué)。
n1JRDw"e$$ 光譜學(xué)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(xué)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(biāo)。有時使用光譜測定法代替光譜學(xué)一詞，是為了強調(diào)以定量方式測量某些量。
o}W%I/s 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(xué)領(lǐng)域已經(jīng)大大拓寬。甚至在此之前，光譜學(xué)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。
{6"Ph(I1 另請參閱有關(guān)激光光譜學(xué)和激光吸收光譜學(xué)的更具體文章。
;gBRCZ PK;*u,V 利用光的物理效應(yīng)
_&N2'hG=sn ,a gc 光的吸收
#.it]Nv{ 光與物質(zhì)之間的不同相互作用可以在光譜學(xué)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。
{. 2k6_1[ 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。
Y<me j][ 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(fù)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(dǎo)致相當(dāng)?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(xué)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(xué)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(dǎo)致較低的靈敏度。
8dZ0rPd? 吸收測量通常使用分光光度計進(jìn)行。此類儀器可以覆蓋較大的波長范圍并提供相當(dāng)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)。
gg[WlRQK4A 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(dāng)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。
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>o` 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(yuǎn)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。
&=#[(vl 還有一些諧振技術(shù)，其中使用無源光學(xué)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(dǎo)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。
%<E$ ,w> 光譜學(xué)不僅適用于微觀粒子，還適用于光學(xué)諧振器等宏觀物體。例如，高精度穩(wěn)定的光學(xué)諧振器可以用作光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)并用光譜方法進(jìn)行探測。
{p;zuCF1 吸收的其他影響
/<HRwG\w 通常，測量到的光譜效應(yīng)是由于吸收而導(dǎo)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(dǎo)致氣體膨脹，從而產(chǎn)生聲波，可以用靈敏的麥克風(fēng)檢測到。
vV[eWd.o6M 光的發(fā)射或散射
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