激光光谱学  021M1016H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科核心课 | 任课教师:姬扬
授课时间: 星期一, 第1、2节
授课地点: 教1-209
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
授课时间: 星期三, 第1、2节
授课地点: 教1-209
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 021M1016H 课时: 60 学分: 4.0
课程属性: 一级学科核心课 主讲教师:姬扬
英文名称: Laser Spectroscopy

教学目的、要求

本课程以戴姆特瑞德《激光光谱学》为教材,讲授激光光谱学的基本原理和实验技术,描述激光光谱学当前研究的全貌。

预修课程

学生需要有光学、原子物理学和量子力学的基础知识(大学物理课程)

教 材

Laser Spectroscopy, Vol.1: Basic Principles, Vol.2: Experimental Techniques, Wolfgang Demtröder, 2008, Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 
《激光光谱学:基础理论》和《激光光谱学:实验技术》,戴姆特瑞德 著,姬扬 译,科学出版社2012

主要内容

本课程首先用14个课时讲授激光光谱学的基本原理(《激光光谱学:基础理论》)。先是讲述光吸收和光发射(2课时)以及谱线的宽度和形状(2课时)等基本概念,然后再介绍各种类型的光谱仪器(4课时)和激光器(6课时),从理论和实验两个方面为深入理解激光光谱学奠定坚实的基础。
接下来再用42个课时讲述激光光谱学的实验技术、最新进展以及多种应用范例(《激光光谱学:实验技术》)。以理论介绍和实例说明相结合的形式,讲授多普勒限制的激光吸收谱和激光荧光谱(6课时)、非线性光谱学(4课时)、激光拉曼光谱学(2课时)、分子束的激光光谱学(2课时)、光学泵浦和双共振技术(4课时)、时间分辨的激光光谱学(6课时)和相干光谱学(4课时) 、碰撞过程的激光光谱学(2课时) ),然后专门讲述激光光谱学领域的最新进展如激光冷却、玻色-爱因斯坦凝聚和光梳技术等(8课时),最后用实例介绍激光光谱学在材料表征、化学分析、环境监测以及健康医疗方面的应用(4课时)。
然后再用2个课时对本课程进行总结。
最后是2个小时的闭卷考试,检查学生对本课程的掌握程度。
 
《激光光谱学》教学进度表
共30次,每次2课时,总计60课时,3学分
	授课次数	内容	章节	教学重点和难点
基础理论


激光光谱学第1卷	第1次	光的吸收和发射	第1章
第2章	总体授课计划、教学目的和要求
腔模
热辐射和普朗克定律
吸收、受激辐射和自发辐射
基本光度学量
光的偏振
吸收谱和发射谱
跃迁几率 (跃迁几率、吸收系数和谱线强度之间的关系)
辐射场的相干性质
原子系统的相干性
	第2次	谱线的宽度和形状	第3章	自然线宽
多普勒宽度
谱线的碰撞展宽
渡越时间展宽
谱线的均匀展宽和非均匀展宽
饱和展宽和功率展宽
液体和固体中的谱线形状
	第3次	光谱仪器	第4章	光谱仪和单色仪
干涉仪
光谱仪和干涉仪的比较
	第4次			波长的精确测量
光的探测 (探测技术和电子仪器)
	第5次	激光器	第5章	激光器的基本知识
激光共振腔
激光发射谱的特性
	第6次			单模激光的实现
单模激光器的波长可控调谐
单模激光的线宽
	第7次			可调谐激光器
非线性光学混频技术
高斯光束
实验技术


激光光谱学第2卷
	第8次	多普勒限制的激光吸收谱和激光荧光谱	第1章	在光谱学中使用激光的优点
吸收光谱学的高灵敏方法
直接测量被吸收的光子
	第9次			电离光谱学
光电流光谱学
速度调制光谱学
	第10次			激光磁共振和斯塔克光谱学
激光诱导荧光
不同方法的比较
	第11次	非线性光谱学	第2章	线性吸收和非线性吸收
非均匀展宽谱线的饱和
饱和光谱学
	第12次			偏振光谱学
多光子光谱学
非线性光谱学的特殊技术
	第13次	激光拉曼光谱学	第3章	基本知识
线性激光拉曼光谱学的实验技术
非线性拉曼光谱学
特殊技术
时间分辨拉曼光谱学
激光拉曼光谱学的应用
	第14次	分子束的激光光谱学
	第4章	缩减多普勒宽度
超声分子束的绝热冷却
冷分子束中的团簇和范德瓦耳斯分子的形成以及它们的光谱
分子束的非线性光谱学
快离子束中的激光光谱学
快离子束激光光谱学的应用
冷离子束中的光谱学
分子束激光光谱学和质谱学的结合
	第15次	光学泵浦和双共振技术	第5章	光学泵浦
光学-射频双共振技术
光学-微波双共振
	第16次			光学-光学双共振
双共振光谱学的特殊探测模式
	第17次	时间分辨的激光光谱学	第6章	激光短脉冲的产生
	第18次			激光短脉冲的产生(续)
超短脉冲的测量
	第19次			用激光测量寿命
皮秒到阿秒范围的光谱学
	第20次	相干光谱学	第7章	能级交叉光谱学
量子拍光谱
受激拉曼绝热传递技术
激发和探测原子和分子中的波包
	第21次			光学脉冲序列的干涉光谱学
光子回声
光学章动和自由感应衰减
外差光谱学
关联光谱学
	第22次	碰撞过程的激光光谱学	第8章	碰撞谱线展宽和谱线位移的高分辨率的激光光谱学
测量激发态原子和分子的碰撞截面
测量分子的电子基态中的碰撞诱导跃迁的光谱技术
化学反应碰撞的光谱学
用光谱确定交叉分子束中的差分碰撞截面
光子辅助的碰撞能量转移
	第23次	激光光谱学的新进展	第9章	原子的光学冷却和俘获
	第24次			单个离子的光谱学
光学拉姆齐条纹
	第25次			原子的干涉
单原子微波激射
在自然线宽内的光谱分辨率
	第26次			绝对光学频率的测量和光学频率标准
压缩
	第27次	激光光谱学的应用	第10章	化学中的应用
用激光研究环境
	第28次			在技术问题上的应用
生物学中的应用
激光光谱学在医学中的应用
总结	第29次	总结
考试	第30次	闭卷考试

 
教学手段与方法:
板书、幻灯片和教材相结合。
考核方式:
平时作业占40%,最后考试占60%。

参考文献