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使学生对各类光谱丈量手艺的道理

【更新时间】2019-10-15

  光谱丈量手艺_电力/水利_工程科技_专业材料。课程讲授纲领 课程名称(中文) :激光光谱学取光谱丈量手艺 课程名称(英文) :Laser spectroscopy and spectral detection technique 课程性质: (通

  课程讲授纲领 课程名称(中文) :激光光谱学取光谱丈量手艺 课程名称(英文) :Laser spectroscopy and spectral detection technique 课程性质: (通识必修、通识选修、学科根本、专业必修、专业选修、 教师教育)专业必修 学分:2 学时:36 ,此中理论学时:36 ,实践(尝试)学时:0 讲课对象:电子科学取手艺 讲课言语:中文 开课院系:物理取材料科学学院 课程网址:(没有请填写“无”)无 撰写人:邓莉 核定人:无 一、课程简介(中文) 《激光光谱学取光谱丈量手艺》是电子科学手艺的专业必修课程。该课程围 绕激光光谱学根基道理及检测方式展开。学问点涵盖根本光学、原子物理学、非 线性光学、光电子手艺等学科范畴。本课程次要凸起激光光谱学根基道理、根本 学问取根基方式, 让学生领会激光光谱新手艺取成长标的目的,为本科生控制激光光 谱学根本学问及起步相关专业标的目的研究奠基结实根本。 本课程合用于具有必然光 学、原子物理根本的高年级学生进修,总学时为 36 学时摆布(每周 2 学时,共 1 学期) 。 课程简介(英文) Laser spectroscopy and spectral detection technique is the required course for the students of Electronic Science Technique major. This course mainly revolves around the basic principles and the measurement methods of laser spectroscopy. All the knowledges are related with basic optics, atomic physics, nonlinear optics and electric technique. This course can help students gain the new techniques and the development of the laser spectroscopy, meanwhile is to lay a solid foundation for the students’ further study. It is suitable for the students who have already learned optics and atomic physics. This course has about 36 hours in total (2 hours per week, 18 weeks in one semester). 二、课程方针 通过本课程的进修,使学生对各类光谱丈量手艺的道理,实现方式,手艺技 巧有比力全面的领会。 对各类光谱学手艺进修的过程中,能够培育学生按照现实 问题连系物理道理提出处理方案思维能力, 提拔全面思虑方案可行性并不竭优化 方案的。 三、讲授内容、学时分派和功课要求 第一章 光谱学根本学问(学时 2) 本章总结了光谱学的根本学问。起首正在领会光赋性的根本上,引见光取物质 彼此间的感化。基于能级跃迁理论,光谱中所反映的物质能级消息,光谱的 宽度和线型表征光谱的主要参数。 教 学 内 容 学时 2 习题要求 思虑题: 控制光的赋性; 熟练控制原子的振荡模 型; 光正在介质中的接收 取色散; 控制能级布居的概念, 跃迁模子和爱因斯坦跃 迁几率 光谱的特征,区分原子 光谱、光谱;电子 光谱、振动光谱、动弹 光的根基特征 (以典范的波动 光学为从) 发射、接收和色 散的典范理论 教 学 要 点 和 建 议 这部门学问次要是对光谱 丈量中需要的光谱学学问 进行梳理和汇总,理清知 识点之间的关系,为引见 光谱丈量手艺打根本。 能级跃迁 光取物质彼此做 用的光谱效应 光谱;区分荧光、磷光 谱线宽度和线型的定 义, 会正在光谱图中标出; 控制天然展宽;多普勒 展宽的线型;控制分歧 展宽的机制和相对应的 线型 谱线宽度取线型 第二章 光谱仪取弱信号检测仪(学时 5) 本章次要引见光谱仪中最常用的光栅光谱仪、F-P 仪的布局和分光原 理;对于弱信号,需要用到一些特殊的表征参数,对干扰信号的噪声进行鉴别和 特殊处置; 探测弱信号需要用到特殊的探测设备, 如: 光电探测器、 锁相放大器、 取样平均器、单光子计数器、光学多通道阐发仪等,这些探测设备都用到特殊的 道理和手艺避开噪声的干扰,需要学生认实进修体味。 教 学 内 容 光谱仪 (光栅光谱仪、干 涉仪、傅里叶光谱 仪) 学时 习 题 要 求 3 衍射光栅的分光原 理、表征参数;闪烁 光栅的特殊构制和 强度分布特点; 光栅 单色仪的工做道理 教 学 要 点 和 建 议 正在这部门讲授内容中,需要比 较光栅和 F-P 仪的原 理以及它们各自的使用特点, 以加强学生的回忆;光电探测 器的工做道理、材料形成、使 用方式需要学生控制,操纵光 F-P 道理;扫描 电探测器拆卸成的微通道板 仪的工做道理; 和 CCD 是正在分歧的探测需求下 傅里叶变换光谱仪 进行使用,其功能有所分歧。 的构制和工做道理 噪声源的分类, 若何 削减噪声的干扰; 信 号噪声比的概念 光电倍增管布局取 道理; 光电倍增管的 分类和合用范畴, 响 应特征; 微通道板和 CCD 的工做道理 2 模仿相关器的道理; 正在这部门讲授内容中,需要学 锁相放大器的组要 生要控制光谱学手艺常用的 信号取噪声 光电探测器 微弱信号丈量: 锁相放大器 取样平均器 形成; 锁相放大器的 仪器的工做道理、参数设置、 放大道理; 调制手艺 使用范畴,为正在后面现实光谱 的实现 手艺实现的仪器选择打下基 础。 取样平均道理; BOXCAR 平均器工做 道理;参数的设置 光子计数系统的原 理; 光子计数的噪声 和计数误差发生原 因 光学多道阐发仪的 布局;CCD 光电阵列 的工做道理 单光子计数器 光学多通道阐发仪 第三章 光谱手艺中的激光光源 (学时 2) 此章节正在《激光道理及手艺》这门课程根本上,起首引见激光光源取非 相关光源比拟正在光谱检测方面存正在着较着的劣势, 然后简单引见常用激光器和用 激光器用于光谱丈量的劣势, 然后按照各类激光器的特点,引见其正在光谱探测方 面的使用选择。 教 学 内 容 学时 习 题 要 求 2 引见激光光源取非相 干光源比拟正在光谱检 测方面存正在着较着的 劣势 引见常见的几种固 体、气体、染料、半 导体、光纤激光器、 超短脉冲激光器以及 它们正在光谱检测中的 使用选择 教 学 要 点 和 建 议 正在这部门讲授内容中,让学 生控制正在光谱丈量中常见激 光器发生激光的共性和个 性,领会分歧类型的激光器 正在光谱丈量中的分歧劣势和 对于提高光谱丈量的精准度 的分歧贡献。因为激光器更 新成长得很快,这章的引见 需要取激光器最新产物同 步,以拓展学生的视野。 光谱学中常用的激 光光源 第四章 激光接收光谱手艺 (学时 4) 本章从常规的接收光谱起头引见,然后引出激光接收光谱,正在激光接收光 谱的设备上插手锁相放大手艺、谐振腔等就能够实现高活络度接收光谱的丈量。 耦合双共振光谱手艺拓展了丈量的频谱范畴, 快速接收光谱手艺则将接收光谱测 量从频域拓展到了时域, 外场扫描接收光谱手艺则操纵外加或电场改变物质 本身的接收频次, 以降服光源频谱范畴的局限。光声取光热光谱手艺则是通过测 量声取热的变化间接丈量接收光谱。 学生能够从此章节的进修感遭到接收光谱发 展的脉络, 和不竭操纵新手艺冲破丈量极限的思。这一思也贯穿于当前章节 的进修中。 教 学内容 根基接收光谱技 术 学时 2 习题要求 Lambert-Beer 定 律; 接收光谱的特点 和使用; 频次、 波长调制光谱 手艺的道理和特点; 腔内接收光谱手艺 的道理、特点;外腔 接收光谱手艺的原 理和特点; 控制若何 从光谱中提取被测 物的能级消息 光学-光学耦合双共 振的的道理和能级 示企图; 快速接收光谱手艺 丈量能级布居的原 理和具体尝试光 激光磁共振光谱的 丈量道理; 斯塔克光 谱手艺的的丈量原 理和特点; 具体的实 验安拆实现 高活络度接收光 谱手艺 教 学 要 点 和 建 议 本章节的内容是光谱丈量技 术的根本,第六章无多普勒 光谱手艺将会使用此章节的 学问。学生可将根基接收光 谱手艺、高活络度接收光谱 手艺、耦合双共振取快速吸 收光谱手艺的道理和实现进 行对比进修, 它们既有联系,都是接收光 谱手艺,但又处理分歧的问 题,光谱消息提取的体例也 大不不异。 耦合双共振取快 速接收光谱手艺 外场扫描接收光 谱手艺 2 光声取光热光谱 手艺 外场扫描接收光谱手艺、光 声取光热光谱手艺都需要添 加其它的特殊设备实现光谱 丈量,以降服光源频次和被 测物能级不婚配或处理丈量 特殊性问题。很好地舆 光声光谱手艺道理 解光谱的丈量道理,有帮于 和相关设备; 光热偏 学生拓展处理问题的思。 转光谱手艺的道理 和相关设备 第五章 激光发射光谱手艺(学时 4) 发射光谱手艺正在光谱丈量手艺中取接收光谱手艺的地位不异,是其它光谱 手艺的根本。 本章节正在激光荧光光谱手艺的根本上,添加其它调制放大手艺 和特殊设备, 能够实现时域的时间分辩荧光光谱丈量,也能够将多光子荧光连系 超声射流手艺实现高活络发射光谱丈量, 按照等离子光谱特点研究激光烧蚀等实 际问题。 教 学 内 容 激光荧光光 谱手艺 学 时 2 习题要求 各类荧光发射的原 理;荧光的速度方 程;荧光光谱的特 点;丈量荧光的实 验安拆; 荧光寿命的丈量原 理;时间分辩荧光 丈量手艺特点;实 验安拆图 多光子激发的原 理; 什么是虚能级; 单光子和双光子的 跃迁定章的素质区 别;超声射流手艺 的道理和特点; 等离子体的发生过 程,光谱特点;激 光烧蚀取等离子体 构成之间的关系; 若何操纵等离子光 谱及时监测激光烧 蚀的过程 教 学 要 点 和 建 议 正在这部门讲授内容中,速度 方程是需要学生必需控制的 理论部门。区分实现荧光频 域和时域丈量中所利用的不 同的道理和手艺。 时间分辩荧光 多光子荧光取超 声射流手艺 2 激光等离子体发 射光谱手艺 初次引入非线性光学中的 “虚能级”的概念,应帮帮 学生充实理解。要区分多光 子跃迁的素质。超声射流技 术正在光谱丈量中是常用的技 术,应控制它的手艺特点, 相关的设备要求。等离子体 的光谱是比力复杂的,需要 学生充实理解,从等离子体 光谱到监测激光烧蚀过程, 是光谱手艺正在工程中利用的 适用化过程,可指导学生仔 细体味。 第六章 无多普勒展宽光谱手艺 (学时 4) 基于第四章激光接收光谱手艺进修的根本上,采用特殊手段降服光谱丈量 中的多普勒展宽效应,实现高活络度丈量,因而提出无多普勒展宽光谱手艺。饱 和接收光谱手艺、偏振调制光谱手艺、双光子无多普勒光谱手艺,线性无多普勒 光谱手艺是基于多普勒效应发生的道理,手艺上实现消弭多普勒效应后,不竭提 升丈量活络度的丈量手艺。 教 学 内 容 学时 习题要求 教 学 要 点 和 建 议 饱和接收光谱技 术 2 拉姆凹陷取饱和 接收的道理;对 比几种无多普勒 饱和接收光谱技 术的道理的特点 偏振调制光谱的 道理和手艺实 现;对光谱图的 阐发 双光子无多普勒 光谱的丈量道理 取尝试光 量子拍频的根基 道理和丈量手艺 特点;能级交叉 光谱手艺道理; 光学-微波双共 振手艺道理和技 术特点 正在这部门讲授内容中,对拉姆 凹陷取饱和接收的道理要充实 理解,这是实现无多普勒光谱 丈量的根基道理。留意对比几 种无多普勒光谱手艺的道理和 实现方案。 偏振调制光谱技 术 双光子无多普勒 光谱学 2 线性无多普勒光 谱手艺 采用接收相向的两光子和 量子拍频、能级交叉、光学微波双共振等手艺手段达到提 高无多普勒光谱丈量的活络 度。这两节的进修需要对道理 进行充实的理解。 第七章 其它光谱丈量手艺(学时 6) 本章节将书中的第七、八章节内容整合正在一路,引见其它一些光谱手艺。 激光拉曼光谱手艺是无毁伤丈量物质消息的常用手艺手段, 拉曼光谱属于非线性 光谱丈量手艺。 光电离谱属于物质间接丈量手艺, 通过将物质的电离, 操纵电流、 飞翔质谱对离子进行研究,间接反映物质的能级布局。学生通过对本章的进修, 对光谱丈量手艺的思将有进一步拓展。 讲授内容 激光拉曼光谱技 术: 自觉拉曼光谱技 术 学时 3 习题要求 拉曼散射理论(从 典范和量子理论两 方面理解) ; 区分拉 曼活性和红外活 性;拉曼光谱尝试 安拆的特点;超拉 曼散射道理;概况 加强拉曼光谱道理 三阶非线性极化系 数;区分相关反斯 教 学 要 点 和 建 议 本章涉及到了非线性光谱学 的学问,如非线性极化率、 耦合波方程等,需要细心讲 解,帮帮同窗理解到位。正在 理论理解的根本上,帮帮同 学理解尝试安拆的结构的特 点,从而获得高信噪比的拉 曼光谱图。 相关反斯托克斯 光电流光谱手艺 3 托克斯取斯托克斯 拉曼散射;操纵耦 合波方程获得相位 婚配关系;相关 CARS 光的尝试安拆 及光谱特点 光电流效应;发生 光电流的相关尝试 安拆;光电流光谱 的道理和尝试安拆 原子取的光激 发电离;相关速度 方程;电子取粒子 的检测的设备及方 法 质谱仪的工做原 理;激光共振电离 质谱的尝试安拆和 手艺特点;共振增 强多光子电离手艺 道理和手艺特点 原子取的光 电离光谱 本章节的进修,学生需要充 分理解原子、的高激发 态的特点,和若何发生原子、 的高激发态;光电流光 谱手艺需要留意利用的特殊 设备实现光电流的活络测 量。学生应充实理解质谱仪 的工做道理和所反映的信 息。留意对比激光共振电离 质谱手艺、共振加强多光子 电离手艺的特点。 光电离质谱检测 四、教材、参考书目或其他进修材料 教材: 激光光谱手艺道理及使用 (第二版) 陆同兴, 铁群 年 9 月 第二版 ISBN:978-7-312-02474-0 中国科技大学出书社 2006 参考书目: 1. 《光谱学和激光光谱学导论》 夏慧荣 王祖庚 华东师范大学出书社 1989 年 2.《仪器阐发》 刘姑娘 罗国安 大学出书社 2006 年 3.《非线性激光光谱学导论》 Marc.D 利文森 宇航出书社 1988 年 4. 《非线性光学》钱世雄 王恭明 复旦大学出书社 2001 年 1 月 ISBN:7309029534 5.《激光光谱学》J.L 霍尔 J.L 卡尔斯登 科学出书社 1985 年 五、查核法子取评价布局比例 日常平凡功课和讲堂互动占 20%;期中闭卷测验占 20%;期末闭卷测验占 60%。

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