高灵敏光谱技术在痕量检测中的应用

第1章 高灵敏光谱理论 1

1．1 原子光谱理论 1

1．1．1 引言 1

1．1．2 角动量理论 3

1．1．3 氢原子和多电子原子的光谱 7

1．2 高灵敏度分子光谱理论 22

1．2．1 双原子分子电子-振动-转动光谱 23

1．2．2 双原子分子电子态及其耦合 31

1．2．3 微扰和预解离动力学理论 38

1．2．4 分子光谱结构及分子常数的获取 40

1．3 光谱强度及原子的超精细结构和外场效应 45

1．3．1 原子和分子的光谱跃迁 45

1．3．2 超精细结构 53

1．3．3 塞曼效应和斯塔克效应 53

参考文献 56

第2章 高灵敏激光光谱仪器 58

2．1 激光光源和器件 58

2．1．1 激光光源 59

2．1．2 激光器 60

2．1．3 激光的噪声 62

2．2 激光光学元器件 64

2．2．1 光学材料 64

2．2．2 光学元件波长特性和表面质量 67

2．2．3 反射镜 68

2．2．4 透镜 73

2．3 光谱测量仪器 80

2．3．1 干涉仪 81

2．3．2 光谱仪 87

参考文献 94

第3章 瞬态双原子分子光谱及其动力学 96

3．1 自由基分子的高灵敏度激光光谱测量系统 97

3．1．1 瞬态分子的生成系统 97

3．1．2 速度和浓度调制光谱 99

3．1．3 光外差探测技术 100

3．1．4 光外差速度/浓度调制激光光谱技术 102

3．2 自由基分子的高灵敏度激光光谱分析 103

3．2．1 CS中性自由基分子光谱 103

3．2．2 CS+分子离子光谱 104

3．2．3 He2准分子（范德瓦尔斯分子）光谱 113

3．3 CS的微扰动力学研究 115

3．3．1 微扰光谱的分析 115

3．3．2 微扰光谱的哈密顿量 116

3．3．3 d3Δ态的微扰动力学 118

3．4 He2分子光谱与预解离动力学研究 123

3．4．1 He2分子研究背景 123

3．4．2 He2分子光谱结果和讨论 123

3．4．3 He2分子预解离理论分析 126

参考文献 127

第4章 瞬态双原子分子的高精度量化计算 132

4．1 双原子分子离子计算的基本原理 132

4．1．1 分子电子状态构造原理（?，S）、（J，J）耦合 132

4．1．2 双原子分子的电子态 133

4．1．3 从头计算方法简介 135

4．2 C-2的高精度光谱计算 137

4．2．1 C-2的从头计算过程 137

4．2．2 C-2的计算结果与讨论 139

4．3 CF-的理论计算 146

4．3．1 CF-的研究背景 146

4．3．2 CF-的从头计算过程 147

4．3．3 CF-的计算结果与分析 149

4．4 BD+的激光冷却理论研究 154

4．4．1 BD+的激光冷却研究背景与意义 154

4．4．2 BD+的从头计算过程 155

4．4．3 BD+的激光冷却研究过程模拟与结果 156

参考文献 162

第5章　基于多光程技术的高灵敏TDLAS技术及其应用 168

5．1　TDLAS技术基本原理 168

5．1．1　Lambert-Beer定律 168

5．1．2　分子吸收线型与线宽 169

5．1．3　TDLAS测量技术 172

5．2　新型Herroitt多光程池的设计 175

5．2．1　Herriott型长光程池设计理论 176

5．2．2　新型Herriott长光程模拟 177

5．2．3　螺旋式Herroitt多光程池 180

5．3　基于F-P腔的腔锁定吸收光谱技术 184

5．3．1　实验装置 184

5．3．2　控制原理 186

5．3．3　实验结果与讨论 187

5．4　光外差-Herriott型多光程吸收光谱技术 190

5．4．1　光外差光谱原理 190

5．4．2　光外差-Herriott多光程吸收光谱装置 191

5．4．3　结果分析与讨论 192

5．5　高灵敏度的CO和CO2光谱研究 193

5．5．1　CO和CO2光谱研究的意义 193

5．5．2　实验装置 194

5．5．3　CO的光谱测量与分析 196

5．5．4　基于双谱线的CO和CO2浓度测量 200

参考文献 204

第6章　发射光谱技术及其应用 208

6．1　超声分子束SO自由基放电光谱 208

6．1．1　超声分子束光谱测量系统 208

6．1．2　实验结果分析与讨论 209

6．2　基于LIBS光谱技术的合金痕量掺杂检测 211

6．2．1　LIBS实验测量系统 211

6．2．2　实验结果与讨论 215

6．3　辐射光谱测温应用 219

6．3．1　黑体辐射测温理论 220

6．3．2　辐射测温实验系统 222

6．3．3　实验结果与讨论 224

参考文献 227

第7章　基于Mie散射光谱的可吸入颗粒物检测仪 230

7．1　Mie散射的基本理论 231

7．2　消光法的数据处理方法 236

7．2．1　消光系数的计算过程 236

7．2．2　可吸入颗粒物浓度的计算 239

7．3　便携式多光程池的可吸入颗粒物检测装置 239

7．3．1　多光程可吸入颗粒物测量装置 239

7．3．2　实验结果与讨论 242

参考文献 249