《超快
激光光谱原理与技术基础》较
系统地介绍了超快光谱研究所涉及的理论基础和实验技能。全书共16章,主要内容包括:时间分辨光谱的历史和进展,分子光谱学基础,飞秒激光技术,非线性光谱学基础、原理及其应用,二维光谱实验及应用,飞秒瞬态吸收光谱技术及数据分析方法,荧光偏振及各向异性原理,超快荧光测量技术,飞秒激光脉冲性质表征方法,脉冲升温-纳秒时间分辨中红外瞬态吸收光谱,激光光谱实验中噪声与微弱信号测量以及计算机接口技术。
5;=,BWU 《超快激光光谱原理与技术基础》可作为从事时间分辨光谱研究科技人员的参考书,尤其适合进入该领域的研究生。书中对光谱学一些基本概念的阐述及
光学实验技能的介绍也适合本科高年级学生。
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Q>y2C8rnJ/ SooSOOAx[ 目录
Vw7NLTE}` 第1章 时间分辨光谱技术导论
k8E'wN 1.1 时间分辨光谱概述
(dO, +~ 1.1.1 时间分辨简介
n,eO6X 4 1.1.2 飞秒化学
]kC/b^~+m 1.2 量子波包
9N^&~O|1 1.2.1 量子力学波包
T9enyYt% 1.2.2 里德堡(Rydberg)态波包
q|)8VmVV 1.2.3 波包再现结构
Fxwe, 1.2.4 波包的制备与激发光脉宽
?YR/'Vq97 1.2.5 波包的产生
$0rSb0[ 1.2.6 波包运动的实验测量方法
a@_.uD 1.2.7 波包测量实例分析
SJhcmx+ 1.3 密度矩阵表示
(Sc]dH 1.3.1 相干态的密度矩阵表示
[G{{f 1.3.2 密度算符与密度矩阵
_iBNy 1.3.3 纯态和混合态
Yv!%Is 1.3.4 混合态的密度矩阵
NNC@?A7 1.4 飞秒光相干振动激发的唯象处理
mVGQyX 1.5 低频振动相干态冲击受激拉曼散射实验测量及理论分析
^`
N+mlh 1.5.1 相干态冲击受激拉曼散射泵浦-探测实验测量
n m4+$GW 1.5.2 相干态冲击受激拉曼散射实验结果的理论分析
D 6!`p6r+ 参考文献
Y=JfV 第2章 分子光谱学基础
(7w`BR9B 2.1 光谱的量子本性
,ZyTYD|7 2.1.1 一维谐振子的波函数
^S*~<0NQ' 2.1.2 角动量的量子化特征
(JS1}T 2.2 轨道与电子态
WlnmW(uahW 2.2.1 原子轨道与电子态
pv%UsbY 2.2.2 分子轨道与电子组态
:AYp{"{ 2.3 分子对称性与分子点群
+o)o4l%3 2.4 电子跃迁与光谱
\gferWm 2.4.1 分子的光吸收
-E1b5i;f 2.4.2 跃迁矩
!K;\{/8 2.5 光谱跃迁选择定则
%<%ef+* 2.5.1 原子的电子跃迁选择定则
lb3: #? 2.5.2 分子的电子态跃迁选择定则
|<&9_Aq_ 2.5.3 电子态跃迁中的振动跃迁选择定则
" SkTVqm 2.5.4 纯振动、转动跃迁选择定则
yLFc?{~7 2.6 激发态性质
|- 39ZZOX 2.6.1 激发态表示方法
>pjmVlw? 2.6.2 激发态寿命
7r#U^d( 2.6.3 激发态能量
'Dyt"wfo 2.6.4 溶剂效应
j!9p#JK#u 2.6.5 无辐射跃迁过程
@O b$w1c 2.6.6 激发态反应的Kasha规则
r(./ 00a 参考文献
[4'C4Zl 第3章 飞秒激光技术
\vbU| a 3.1 飞秒脉冲
激光器的发展
l@vau pg 3.2 克尔
透镜锁模掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器
Uu xbN-u 3.2.1 掺钛蓝宝石晶体的性质
uxF88$=!t 3.2.2 克尔透镜锁模原理
SBo>\<@ 3.2.3 钛宝石激光器谐振腔
uev$5jlX 3.2.4 激光器锁模运转特性
_gZ8UZ) 3.2.5 色散与色散补偿
dD@k{5 3.3 啁啾脉冲放大器
47s<xQy 3.3.1 展宽器与压缩器
1ipfv-hb6 3.3.2 啁啾脉冲放大器工作原理与结构
P]A>"-k 3.3.3 啁啾脉冲放大器实例介绍
/*J}7 3.4 非线性光学频率变换
!|K~)4%rj 3.4.1 近红外波段共线光参量放大
s"b()JP 3.4.2 可见光波段非共线光参量放大
mB&nN+MV 3.4.3 如何获得紫外、中红外波段的飞秒脉冲
~[bS+]d! 3.4.4 频率变换装置实例介绍
=pQA!u]QE 参考文献
NBzyP)2) 第4章 非线性光谱学基础
1SoKnfz{6 4.1 密度算符
kylR) 4.1.1 纯态的密度算符
/Y:1zLs% 4.1.2 密度算符的时间演化
=qH9<,p`H 4.1.3 统计平均的密度算符
)2T 1g~8 4.1.4 二能级系统密度矩阵的时间演化:无微扰情形
WoGK05w 4.1.5 Liouville表示下的密度算符
=~Oi:+L 4.1.6 退位相
BH _y0[y 4.1.7 各种表示的层级结构
8%OS ,Z 4.1.8 二能级系统密度矩阵的时间演化:光学Bloch方程
|r*btyOJk 4.2 微扰展开
6v7H?4 4.2.1 动机:非微扰展开的局限
Rh#0EbE2 4.2.2 时间演化算符
=/wAk0c^y 4.2.3 相互作用表象
d5$2*h{^v 4.2.4 备注:Heisenberg表象
]nE_(*w 4.2.5 波函数的微扰展开
sdP% Y<eAT 4.2.6 密度矩阵的微扰展开
~7aBli= 4.2.7 非线性光学简介
O<nJbsl_w 4.2.8 非线性极化强度
Am=D kkP% 4.3 双边Feynman图
V
{R<R2h1 4.3.1 Liouville路径
|}zv CD 4.3.2 时序和准冲击极限
g7!P| 4.3.3 旋转波近似
yGl
(QLk 4.3.4 相位匹配
Ezw(J[).C 参考文献
z^=.05jB 第5章 非线性光谱学原理及其应用
Zj;2> 5.1 非线性光谱学
?d`?Ss;v 5.1.1 线性光谱学
W70J2 5.1.2 三能级系统的泵浦-探测光谱学
Ql8E9~h 5.1.3 量子拍光谱学
u,<I% 5.1.4 双脉冲光子回波光谱学
ct='Z E 5.2 退相位的微观理论:光谱线型的Kubo随机理论
-FA]%Pl<' 5.2.1 线性响应
DueQ1+ P 5.2.2 非线性响应
AD$k`Cj 5.2.3 三脉冲光子回波光谱学
Iw(2D(se 5.3 退位相的微观理论:Brown振子模型
h*2Q0GRX 5.3.1 含时哈密顿量的时间演化算符
m)4s4P57y 5.3.2 Brown振子模型
]UyIp`nV; 5.4 二维光谱仪:三阶响应函数的直接测量
is&A_C7yg 5.4.1 单跃迁的二维光谱
|@pJ] 5.4.2 一组耦合振子的二维红外光谱
>xu}eWSz 5.4.3 弱耦合振动态的激子模型
Y~]E6'Bz 参考文献
M##h<3 I 第6章 二维红外光谱
<]I[|4J 7 6.1 简介
+k]9n*^uz 6.1.1 二维红外光谱定义
F*QZVg+<*X 6.1.2 二维红外光谱的用途
Hb5^+.xur 6.2 二维红外光谱原理
q)R&npP7 6.3 二维红外光谱实验
lV!ecJw$ 6.3.1 飞秒红外激光
光源 b}'XDw 6.3.2 二维红外光谱仪
#UGtYD}" 6.3.3 二维红外光谱图
'T@K$xL8 6.4 二维红外光谱的应用
t{?U NW 6.4.1 快速动态变化
8mTjf Br 6.4.2 分子结构
8XtZF,Du 6.4.3 分子间相互作用
%Y8#I3jVJ 6.5 展望
~5$V8yfx h 参考文献
yv| |:wZC 第7章 二维电子态相干光谱原理、实验及理论
模拟 h,B ]5Of 7.1 二维光谱原理
Z\8TpwD2 7.2 二维可见光谱实验装置
J1DX}h] 7.3 数据采集及计算
($:s}_<>s 7.4 理论
m}w~ d / 7.5 实验结果与讨论
J^[>F{8!n 7.5.1 实验
C!xq p
7.5.2 理论模拟
tU7,nE>p 7.6 二维电子光谱应用举例
u
)+;(Vd 附:三能级系统的三阶响应函数
<;\T
e4g[ 参考文献
6LZ(bP'd; 第8章 二维飞秒时间分辨光谱概论
'J~{8w,. 8.1 背景介绍
INrl^P* 8.2 一维傅里叶变换谱
$
hwJjSZ0 8.3 自由感应衰减
QCkPua9 8.4 非线性响应
Nzj7e 1= 8.5 信号辐射和传播
j>XM+> 8.6 密度矩阵方法及双边费曼图
OI;0dS 8.7 二维傅里叶变换谱
"R@N}q<*v2 参考文献
&L}e&5 第9章 飞秒瞬态吸收光谱及常规光路调节技术
dUn+? 9.1 简介
TS+itU62 9.2 实验光路
y
BF3Lms 9.3 数据采集与计算
KJc
fbZ~ 9.3.1 瞬态光谱动力学
8_0j^oh 9.3.2 数据采集
&UH .e 9.3.3 采集程序
u
'-4hU 9.4 超快实验光路调节技巧
=*0<.Lo': 9.4.1 双镜法调节光路
E/x``,k 9.4.2 光程设定
`Q?rQ3A} 9.4.3 延迟线
-U;2
b_ 9.4.4 重合的调节
D?~`L[}I!} 9.4.5 光楔的使用
BeZr5I"`} 9.4.6 偏振调节
i-Ck:-J 9.4.7 翻转镜的使用
'&@'V5}C{ 9.5 超连续白光
v <1d3G=G 9.5.1 白光产生简介
=$3]% b}
9.5.2 白光产生条件
v^2q\A-? 9.5.3 白光的色散与色差
*( ~7H6 9.6 实验检错
R}lS@ w1 9.7 其他测量方法
''P.~~ezr5 9.7.1 锁相放大器
&~oBJar 9.7.2 门积分平均器
6|gC##T 9.7.3 电荷耦合器件
g[<K FVlG 参考文献
]pi"M3f_ 第10章 奇异值分解及全局拟合数据处理方法
?)<DEu:Y 10.1 方法简介
W0%cJ8~ 10.2 数据矩阵的准备
$ )q?z.U 10.3 奇异值分解的计算
V+My]9ki 10.4 组分的选择方法
d*80eB9P 10.5 物理模型的建立
9^ITP!~e* 10.6 全局拟合
"<6X=|C 参考文献
_bB:1l?V 第11章 荧光的偏振性与荧光发射的各向异性
M:V'vme)+ 11.1 荧光偏振状态的表征(偏振比和发射各向异性)
e]-bB#-A 11.1.1 线性偏振光激发
xgV.<^ 11.1.2 自然光激发
3>X]`Oj7y 11.2 瞬时和稳态各向异性
!}7FC>Cx 11.2.1 瞬时各向异性
*'D(
j#& 11.2.2 稳态各向异性
|uT|(:i84, 11.3 各向异性的加和法则
_E0XUT!rA 11.4 发射各向异性与发射跃迁矩角分布之间的关系
?HT+| !4p 11.5 分子固定不动取向随机分布的情形
5etbJk 11.5.1 吸收跃迁矩和发射跃迁矩相互平行的情形
)U0`?kD 11.5.2 吸收跃迁矩和发射跃迁矩非平行的情形
O ;,BzA-n 11.6 转动布朗运动效应
]hY'A>4Uq 11.6.1 自由转动
4D(5WJ& 11.6.2 受阻转动
yn=BO`sgW 11.7 应用
LbX>@2(& 参考文献
@H%)!f]zWt 第12章 超快荧光测量技术
E`68Z/% 12.1 超快荧光测量技术简介
JL0>-kg 12.2 荧光上转换技术
>*/\Pg6^ 12.2.1 相位匹配
:t?Z 12.2.2 光谱带宽与群速失配
~Dvxe 12.2.3 荧光上转换实验
ia#Z$I6 12.3 光克尔门技术
98 dl -? 12.3.1 光克尔荧光技术原理
x'dU[f( 12.3.2 光克尔荧光技术实验
z8v] Kt & 12.4 荧光非共线光参量放大技术
9z>I&vcX 12.4.1 光参量放大基本原理
=[]V$<G'w{ 12.4.2 荧光光参量放大系统的基本构成
fyYHwG 12.4.3 数据采集系统
F91uuSSL 12.4.4 荧光收集系统
39
D!e& 12.5 荧光放大光谱的失真与矫正
CG@3z@*?. 12.5.1 影响光谱增益的因素
7K"{}: 12.5.2 理论与实验的对比
1+wmR4o 12.5.3 光谱失真的解决方法
}4'5R 参考文献
x"/DCcZ 第13章 飞秒激光脉冲性质表征方法
1<gY 13.1 飞秒激光脉冲
)Fe6>tE 13.1.1 激光脉冲的数学表示
6T*MKu 13.1.2 脉冲波形与脉冲宽度
n=t50/jV3= 13.1.3 色散、啁啾及其对脉冲宽度的影响
mab921-n 13.1.4 载波位相
T22
4L.? 13.1.5 相速和群速
rw:z|-r 13.1.6 波前及波前倾斜
6-"@j@l5< 13.2 激光脉冲脉宽测量方法
'mwgHo<u 13.2.1 自相关方法
dJvT2s.t[ 13.2.2 频率分辨光学开关方法
2bu,_<K. 13.2.3 光谱位相相干电场重建方法
<V[Qs3uo( 13.3 脉冲激光载波位相及波前倾斜测量
.|XG0 M 13.3.1 光谱干涉仪及载波位相的测量
V\1pn7~V 13.3.2 波前倾斜测量
*dmBJi} 13.3.3 非共线光参量放大的相速、群速匹配条件
OKW}8 qM 参考文献
Ry47Fze 第14章 脉冲升温-纳秒时间分辨中红外瞬态吸收光谱
`!BP.-Zv 14.1 引言
"2l$}G 14.2 溶剂水(重水)的脉冲升温
7+(on 14.3 纳秒脉冲升温典型激光光源介绍
38<Z=#S 14.3.1 高压气体拉曼频移池
CjRU3
(Q 14.3.2 Ho:YAG脉冲激光器
#uRj9|E7 14.4 红外探测光源
}dv$^4
*n 14.4.1 一氧化碳激光器
U#
+$ N3% 14.4.2 红外单色仪定标
RIm8PV;N 14.5 信号探测及数据采集系统
;!~&-I0l 14.6 数据采集系统的改进
M6nQ17\{ 14.7 温度定标
Jn :h;|9w 14.8 红外实验蛋白样品处理方法
Q9G\T:^ury 14.9 脉冲升温-时间分辨中红外瞬态吸收光谱应用实例
|Eyn0\OA 14.9.1 细胞色素C热稳定性研究
DXI{ jalL 14.9.2 二硫键异构酶(DsbC)生物学异常活性研究
pie8 3Wy> 参考文献
634OH*6 第15章 噪声与微弱信号测量
n g,&;E 15.1 信噪比
k_?Z6RE> 15.2 噪声的种类、来源以及相应的减噪措施
7:C_{\( 15.3 随机噪声
.&i_~?1[N 15.3.1 随机噪声的正态分布
6*&$ha}X 15.3.2 典型随机噪声的频谱特性
mu*RXLai 15.3.3 噪声的时域特性:脉冲噪声、起伏噪声
'.B5CQ 15.3.4 等效噪声带宽
pw.K,?kYr 15.4 电子仪器的固有噪声
H`bS::JI- 15.4.1 热噪声
A8X3|<n= 15.4.2 温漂的影响
~ K/_51O' 15.4.3 散粒噪声
Ur9L8EdC 15.4.4 接触噪声
I7
= 4%)A 15.4.5 放大器级联时的噪声
Tlm::S
15.5 外部干扰噪声及其抑制
11iV{ h 15.5.1 外部干扰的途径
1/3<u:: 15.5.2 传导干扰的抑制
hLICu[LC? 15.5.3 公共阻抗耦合干扰的抑制
kXroFLrY 15.5.4 空间耦合干扰的抑制
Z mc" 15.6 相敏检测技术
HO_!/4hrU 15.7 纳秒量级时间分辨实验中电磁干扰屏蔽举例
G' '9eV$ 参考文献
*x-@}WY$U 第16章 接口及计算机控制简介
z -c1,GOD 16.1 常用仪器通信接口
r_hs_n!6 16.1.1 串行接口
j Gp&P 16.1.2 并行接口
]iYO}JuX 16.1.3 GPIB/IEEE488接口
QJy1j~9x 16.1.4 Ethernet接口
Al1}Ir 16.1.5 USB接口
3}}8ukq 16.2 常用仪器控制编程
软件 9RPZj>ezjA 16.2.1 Visual C
%M,^)lRP 16.2.2 Visual Basic
u[E0jI 16.2.3 LabVIEW
LzQOzl@z 16.3 常用接口编程示例
UOpSH{N 16.3.1 Visual Basic串口编程
w
m|WER*. 16.3.2 Visual Basic并口编程
}nRTw2-z 16.3.3 LabVIEW串口编程
z"c,TlVN3 16.3.4 LabVIEW GPIB编程
RT.
%\))) 参考文献