《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。
?<>,XyY 《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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XNkQk0i;g& =
C$@DNEc
5'{qEZs^QU ~u~[E 目录
Y*5@|Q 第1章 时间分辨光谱技术导论
ZF/J/;uI 1.1 时间分辨光谱概述
A
.jp<> 1.1.1 时间分辨简介
^w&5@3d 1.1.2 飞秒化学
IgHs&= 1.2 量子波包
e GqvnNv 1.2.1 量子力学波包
#(26t _a 1.2.2 里德堡(Rydberg)态波包
)\I? EU8 1.2.3 波包再现结构
@gu77^=' 1.2.4 波包的制备与激发光脉宽
XEgx#F ;F 1.2.5 波包的产生
dc\u$'F@S 1.2.6 波包运动的实验测量方法
=Nv=Q mO 1.2.7 波包测量实例分析
>H=Q$gI 1.3 密度矩阵表示
"t%1@b*u 1.3.1 相干态的密度矩阵表示
ZB_16&2Ow 1.3.2 密度算符与密度矩阵
d<|lLNS 1.3.3 纯态和混合态
I 1VEm?CQ 1.3.4 混合态的密度矩阵
<De3mZb 1.4 飞秒光相干振动激发的唯象处理
w ;s ]n 1.5 低频振动相干态冲击受激拉曼散射实验测量及理论分析
l6}b{e 1.5.1 相干态冲击受激拉曼散射泵浦-探测实验测量
ELkOrV~a{: 1.5.2 相干态冲击受激拉曼散射实验结果的理论分析
\0^r J1* 参考文献
m|e*Jc 第2章 分子光谱学基础
p.TiTFu/ 2.1 光谱的量子本性
"[".3V 2.1.1 一维谐振子的波函数
Fy(nu-W 2.1.2 角动量的量子化特征
[-:<z?(n4 2.2 轨道与电子态
^*?B)D =, 2.2.1 原子轨道与电子态
3q.[-.q 2.2.2 分子轨道与电子组态
<p L;- 2.3 分子对称性与分子点群
>m_p\$_ 2.4 电子跃迁与光谱
wTMHoU*> 2.4.1 分子的光吸收
MRVz:g\mi 2.4.2 跃迁矩
g_Dt} !A\B 2.5 光谱跃迁选择定则
#iqhm,u7D 2.5.1 原子的电子跃迁选择定则
13_+$DhU-L 2.5.2 分子的电子态跃迁选择定则
Vf,~MG 2.5.3 电子态跃迁中的振动跃迁选择定则
beHCEwh 2.5.4 纯振动、转动跃迁选择定则
4f*Ua`E_ 2.6 激发态性质
Y9co?!J 5M 2.6.1 激发态表示方法
RwE*0 T 2.6.2 激发态寿命
\dxW44sM 2.6.3 激发态能量
sKB-7 2.6.4 溶剂效应
+v[$lh+ 2.6.5 无辐射跃迁过程
[;V1y`/K1 2.6.6 激发态反应的Kasha规则
<
jocfTBk 参考文献
m^oi4mV 第3章 飞秒激光技术
f'i8Mm4IL 3.1 飞秒脉冲
激光器的发展
`6S=KRv 3.2 克尔
透镜锁模掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器
G}?P
r4Gj 3.2.1 掺钛蓝宝石晶体的性质
@IyH(J],h 3.2.2 克尔透镜锁模原理
e=F( Zf+1^ 3.2.3 钛宝石激光器谐振腔
XdIVMXLL\ 3.2.4 激光器锁模运转特性
M;TfD 3.2.5 色散与色散补偿
{ d2f)ra. 3.3 啁啾脉冲放大器
zs]/Y2 3.3.1 展宽器与压缩器
LOb'<R\p 3.3.2 啁啾脉冲放大器工作原理与结构
MCrO]N($b 3.3.3 啁啾脉冲放大器实例介绍
}$k`[ivBx( 3.4 非线性光学频率变换
bmq XP 3.4.1 近红外波段共线光参量放大
";Ig%] 3.4.2 可见光波段非共线光参量放大
feq6!k7 3.4.3 如何获得紫外、中红外波段的飞秒脉冲
s3E~X 3.4.4 频率变换装置实例介绍
^B6i6]Pd=9 参考文献
n.qxxzEN 第4章 非线性光谱学基础
oQjB&0k4 4.1 密度算符
g;Sg
2 4.1.1 纯态的密度算符
$8T|r+< 4.1.2 密度算符的时间演化
Y /ac}q 4.1.3 统计平均的密度算符
g
/ @yK 4.1.4 二能级系统密度矩阵的时间演化:无微扰情形
qL;T&h 4.1.5 Liouville表示下的密度算符
G$kwc
F'C 4.1.6 退位相
$I6eHjYT 4.1.7 各种表示的层级结构
'hi\98y 4.1.8 二能级系统密度矩阵的时间演化:光学Bloch方程
F?,&y)ri 4.2 微扰展开
ZYD88kQ 4.2.1 动机:非微扰展开的局限
7D~O/#dcc 4.2.2 时间演化算符
ONe!'a0 4.2.3 相互作用表象
,vdP
#: 4.2.4 备注:Heisenberg表象
e%v4,8 4.2.5 波函数的微扰展开
L9YwOSb. 4.2.6 密度矩阵的微扰展开
c+i`Zd.m< 4.2.7 非线性光学简介
llG#nDe 4.2.8 非线性极化强度
2:5gMt 4.3 双边Feynman图
+=H>s;B 4.3.1 Liouville路径
^Er`{|o6u 4.3.2 时序和准冲击极限
ZO0]+Ko 4.3.3 旋转波近似
lnC Wu@{ 4.3.4 相位匹配
<VxpMF 参考文献
FR6I+@ oX~ 第5章 非线性光谱学原理及其应用
K#sb"x` 5.1 非线性光谱学
F#bo4'&>@ 5.1.1 线性光谱学
DMxS-hl
5.1.2 三能级系统的泵浦-探测光谱学
Di"9 M(6vf 5.1.3 量子拍光谱学
L(n~@gq 5.1.4 双脉冲光子回波光谱学
]j$p _s> 5.2 退相位的微观理论:光谱线型的Kubo随机理论
aC
}1]7 5.2.1 线性响应
q.b4m 'J 5.2.2 非线性响应
{2clOUi 5.2.3 三脉冲光子回波光谱学
Tl7:}X<? 5.3 退位相的微观理论:Brown振子模型
Hi"
n GH 5.3.1 含时哈密顿量的时间演化算符
x)wt.T?eL 5.3.2 Brown振子模型
)"Br,uIv:/ 5.4 二维光谱仪:三阶响应函数的直接测量
iEgM~ 5.4.1 单跃迁的二维光谱
R}6la.mQ 5.4.2 一组耦合振子的二维红外光谱
xPJJ
!mY 5.4.3 弱耦合振动态的激子模型
m'"VuH?^ 参考文献
A-Pwi.$ 第6章 二维红外光谱
0t[mhmSU, 6.1 简介
+U)|&1oa 6.1.1 二维红外光谱定义
5a|m}2IX 6.1.2 二维红外光谱的用途
!=:MG#p 6.2 二维红外光谱原理
I_I;.Ik 6.3 二维红外光谱实验
Ci9wF(<k 6.3.1 飞秒红外激光
光源 e27CbA{_w 6.3.2 二维红外光谱仪
wR+`("2{r 6.3.3 二维红外光谱图
& O\!!1% 6.4 二维红外光谱的应用
SWO!E 6.4.1 快速动态变化
G/3lX^Z> 6.4.2 分子结构
L\b_,'I 6.4.3 分子间相互作用
\lIHC{V\ 6.5 展望
&`Z)5Ww 参考文献
&Wz:-G7<n 第7章 二维电子态相干光谱原理、实验及理论
模拟 m:O2_%\l 7.1 二维光谱原理
zp-~'kIJ 7.2 二维可见光谱实验装置
|Pl{Oo+ 7.3 数据采集及计算
!enz05VW6. 7.4 理论
by<@Zwtf
7.5 实验结果与讨论
HtYR 0J 7.5.1 实验
H08YMP>dc 7.5.2 理论模拟
JU1; /3( 7.6 二维电子光谱应用举例
Zw
8b
-_ 附:三能级系统的三阶响应函数
ayz1i:Q| 参考文献
WzbN=&
C]h 第8章 二维飞秒时间分辨光谱概论
M]TVaN$v# 8.1 背景介绍
9}$dwl( 8.2 一维傅里叶变换谱
[\n.[4gq" 8.3 自由感应衰减
|F{E4mg(o 8.4 非线性响应
cD@lorj 8.5 信号辐射和传播
g}r5ohqC# 8.6 密度矩阵方法及双边费曼图
}4]x"DfIg 8.7 二维傅里叶变换谱
[y;ZbfMP|o 参考文献
PH!B /D5G 第9章 飞秒瞬态吸收光谱及常规光路调节技术
x)Kh_G 9.1 简介
T\CQ 9.2 实验光路
Awf=yE: 9.3 数据采集与计算
@_ZWP 9.3.1 瞬态光谱动力学
6v)eM=
9.3.2 数据采集
>Mw =}g@P 9.3.3 采集程序
b=\3N3OX 9.4 超快实验光路调节技巧
:Zo2@8@7 9.4.1 双镜法调节光路
W%Q>< 'c 9.4.2 光程设定
rWKLxK4oU 9.4.3 延迟线
l<_mag/j9o 9.4.4 重合的调节
&-Er n/[ 9.4.5 光楔的使用
u`,R0=<4 9.4.6 偏振调节
3zF7V:XH 9.4.7 翻转镜的使用
Qh%vh;|^ 9.5 超连续白光
3"D00~ 9.5.1 白光产生简介
R:x04!} 9.5.2 白光产生条件
a3IB, dr5P 9.5.3 白光的色散与色差
%~XJwy- 9.6 实验检错
*
xXc$T 9.7 其他测量方法
y s6"Q[B 9.7.1 锁相放大器
g c=|<( 9.7.2 门积分平均器
LOkDx2@g 9.7.3 电荷耦合器件
?|yJ#j1= 参考文献
$:Zxb 第10章 奇异值分解及全局拟合数据处理方法
o;C)! 10.1 方法简介
|q)Q<%VS' 10.2 数据矩阵的准备
|]b/5s;> 10.3 奇异值分解的计算
io_64K+K 10.4 组分的选择方法
90D.G_45 10.5 物理模型的建立
{z
~
' 10.6 全局拟合
SYLkC
[0k 参考文献
-ouL4 第11章 荧光的偏振性与荧光发射的各向异性
vG:,oB} 11.1 荧光偏振状态的表征(偏振比和发射各向异性)
s_kd@?=`x 11.1.1 线性偏振光激发
P"<ad
kr 11.1.2 自然光激发
-bQvJ`iF 11.2 瞬时和稳态各向异性
e$I:[> 11.2.1 瞬时各向异性
dU n#'<g5 11.2.2 稳态各向异性
-8e tH& 11.3 各向异性的加和法则
.AS,]*?Zn% 11.4 发射各向异性与发射跃迁矩角分布之间的关系
h8;"B 11.5 分子固定不动取向随机分布的情形
Yb/^Qk59 11.5.1 吸收跃迁矩和发射跃迁矩相互平行的情形
mt7:`- 11.5.2 吸收跃迁矩和发射跃迁矩非平行的情形
]TN}`] 11.6 转动布朗运动效应
l]cQ7g5 11.6.1 自由转动
"<b84?V5 11.6.2 受阻转动
`rLMMYD= 11.7 应用
i?9Lf 参考文献
LnIJw D 第12章 超快荧光测量技术
Cvy;O~) 12.1 超快荧光测量技术简介
'.yr8 12.2 荧光上转换技术
<3OV 12.2.1 相位匹配
L1K_|X 12.2.2 光谱带宽与群速失配
dq&d>f1 12.2.3 荧光上转换实验
2Ta F7Jn 12.3 光克尔门技术
]ORat.*0[T 12.3.1 光克尔荧光技术原理
VNPdL 12.3.2 光克尔荧光技术实验
ST.W{:X 12.4 荧光非共线光参量放大技术
ttrp|( 12.4.1 光参量放大基本原理
hw2Hn
12.4.2 荧光光参量放大系统的基本构成
j+seJg<_ 12.4.3 数据采集系统
p%'((!a2 12.4.4 荧光收集系统
g`8|jg0]`I 12.5 荧光放大光谱的失真与矫正
qI:wm= 12.5.1 影响光谱增益的因素
['<rfK 12.5.2 理论与实验的对比
`dhK$jYD 12.5.3 光谱失真的解决方法
"w1jr 6" 参考文献
K`3cH6"L6 第13章 飞秒激光脉冲性质表征方法
g?wogCs5 13.1 飞秒激光脉冲
@"0qS:s]X 13.1.1 激光脉冲的数学表示
l.!
~t1i 13.1.2 脉冲波形与脉冲宽度
38^_(N 13.1.3 色散、啁啾及其对脉冲宽度的影响
5E8PbV-l 13.1.4 载波位相
;2}Gqh )Yr 13.1.5 相速和群速
TB\CSXb 13.1.6 波前及波前倾斜
dl4.jLY 13.2 激光脉冲脉宽测量方法
q\<vCKI-^ 13.2.1 自相关方法
suwj1qYJ4 13.2.2 频率分辨光学开关方法
~@bKQ>Xw
13.2.3 光谱位相相干电场重建方法
`)fGw7J
{ 13.3 脉冲激光载波位相及波前倾斜测量
8*ysuL# 13.3.1 光谱干涉仪及载波位相的测量
va.wdk g 13.3.2 波前倾斜测量
@ ri.r1 13.3.3 非共线光参量放大的相速、群速匹配条件
w,7
GC5j\ 参考文献
+ h&V; 第14章 脉冲升温-纳秒时间分辨中红外瞬态吸收光谱
q ^?{6}sy 14.1 引言
B#}RMFIj 14.2 溶剂水(重水)的脉冲升温
AJ /_l; 14.3 纳秒脉冲升温典型激光光源介绍
_ev^5`>p/ 14.3.1 高压气体拉曼频移池
A(B2XBS!? 14.3.2 Ho:YAG脉冲激光器
CpXv?uU 14.4 红外探测光源
s_N!6$tS 14.4.1 一氧化碳激光器
xMU) 14.4.2 红外单色仪定标
!p2&$s"N. 14.5 信号探测及数据采集系统
Jor?;qo3 14.6 数据采集系统的改进
4^5s\f B 14.7 温度定标
6Jm4?ex 14.8 红外实验蛋白样品处理方法
{*m?t 7 14.9 脉冲升温-时间分辨中红外瞬态吸收光谱应用实例
Q=[&~^Y) 14.9.1 细胞色素C热稳定性研究
mAMKCxz, 14.9.2 二硫键异构酶(DsbC)生物学异常活性研究
lF<(yF5 参考文献
j:#[voo7 第15章 噪声与微弱信号测量
+^.(3Aw 15.1 信噪比
Tm `CA0@ 15.2 噪声的种类、来源以及相应的减噪措施
=uH`EkY: 15.3 随机噪声
%K%z<R8 15.3.1 随机噪声的正态分布
G7yxCU(I\ 15.3.2 典型随机噪声的频谱特性
:;EzvRy 15.3.3 噪声的时域特性:脉冲噪声、起伏噪声
Yr!3mU-Uvt 15.3.4 等效噪声带宽
9Y(<W_{/ 15.4 电子仪器的固有噪声
VybiuP 15.4.1 热噪声
*KMCU
m 15.4.2 温漂的影响
rRMC<.= 15.4.3 散粒噪声
t|//oEY 15.4.4 接触噪声
D_{J:Hb 15.4.5 放大器级联时的噪声
pD{Li\LY 15.5 外部干扰噪声及其抑制
n\QG-?%Pi 15.5.1 外部干扰的途径
C$_H)I 15.5.2 传导干扰的抑制
.R1)i-^ 15.5.3 公共阻抗耦合干扰的抑制
zr,jaR; 15.5.4 空间耦合干扰的抑制
/{lls2ycW% 15.6 相敏检测技术
+um;
eL7 15.7 纳秒量级时间分辨实验中电磁干扰屏蔽举例
3wK)vW 参考文献
Eb*DP_ 第16章 接口及计算机控制简介
"_^FRz#h 16.1 常用仪器通信接口
#M:W?&. 16.1.1 串行接口
=(o$1v/k 16.1.2 并行接口
kys?%Y1 16.1.3 GPIB/IEEE488接口
*I~F7Z]| 16.1.4 Ethernet接口
OAv/P|n= 16.1.5 USB接口
p7z#4 GW 16.2 常用仪器控制编程
软件 #2pgh? 16.2.1 Visual C
2oNlQiE_ 16.2.2 Visual Basic
QF>H>=Za= 16.2.3 LabVIEW
\"5 \hX~dS 16.3 常用接口编程示例
C'{Z?M> 16.3.1 Visual Basic串口编程
HLS^Ga,( 16.3.2 Visual Basic并口编程
8!1o,=I$ 16.3.3 LabVIEW串口编程
7|2:;5:U 16.3.4 LabVIEW GPIB编程
1vobfZ-w9 参考文献