《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。
/+N|X 《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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p}&Md-$1 {GK(fBE
quY " ]2LXUYB 目录
7Zo&+ 第1章 时间分辨光谱技术导论
~JAjr(G#o 1.1 时间分辨光谱概述
AzxL%,_ 1.1.1 时间分辨简介
]L$4Py 1.1.2 飞秒化学
PqVW'FYe 1.2 量子波包
h)^dB,~ 1.2.1 量子力学波包
uFC?_q?4\ 1.2.2 里德堡(Rydberg)态波包
CJv>/#$/F 1.2.3 波包再现结构
IO*l vy 1.2.4 波包的制备与激发光脉宽
Ma>:_0I5 1.2.5 波包的产生
T!1SMo^ 1.2.6 波包运动的实验测量方法
"bPCOJ[v9 1.2.7 波包测量实例分析
yAAG2c4( 1.3 密度矩阵表示
&adY 1.3.1 相干态的密度矩阵表示
,%[LwmET 1.3.2 密度算符与密度矩阵
)
b/n)%6 1.3.3 纯态和混合态
mF}c-
D 1.3.4 混合态的密度矩阵
Z@}sCZ=#A 1.4 飞秒光相干振动激发的唯象处理
WN$R[N 1.5 低频振动相干态冲击受激拉曼散射实验测量及理论分析
6zv;lx0<D& 1.5.1 相干态冲击受激拉曼散射泵浦-探测实验测量
_O"L1Let 1.5.2 相干态冲击受激拉曼散射实验结果的理论分析
{x7=;- 参考文献
F OeVRq:# 第2章 分子光谱学基础
sr;:Dvx~ 2.1 光谱的量子本性
;*W=c 2.1.1 一维谐振子的波函数
I88Zrhw 2.1.2 角动量的量子化特征
m"<4\;GK 2.2 轨道与电子态
8^8>qSD1 2.2.1 原子轨道与电子态
l<W*/}3 2.2.2 分子轨道与电子组态
h4tC. i~k 2.3 分子对称性与分子点群
) @!~8<_" 2.4 电子跃迁与光谱
>6OCKl 2.4.1 分子的光吸收
u1tq2"D8 2.4.2 跃迁矩
E2Us#a 2.5 光谱跃迁选择定则
NvUu. 2.5.1 原子的电子跃迁选择定则
stX'yya 2.5.2 分子的电子态跃迁选择定则
`'kc|!%MUq 2.5.3 电子态跃迁中的振动跃迁选择定则
x)j/ 2.5.4 纯振动、转动跃迁选择定则
n"mJEkHE 2.6 激发态性质
D!X>O} 2.6.1 激发态表示方法
:G^"e 2.6.2 激发态寿命
JOJh,8C)6 2.6.3 激发态能量
>~h>#{& 2.6.4 溶剂效应
VPWxHVf 2.6.5 无辐射跃迁过程
u/_Gq[Q,u 2.6.6 激发态反应的Kasha规则
zwMQXI'k83 参考文献
Tku/OG' 第3章 飞秒激光技术
anK[P'Y 3.1 飞秒脉冲
激光器的发展
O|?Z~ 3.2 克尔
透镜锁模掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器
TP~(
r 3.2.1 掺钛蓝宝石晶体的性质
ftO+.-sm< 3.2.2 克尔透镜锁模原理
ylkpYd 3.2.3 钛宝石激光器谐振腔
lr`?yn1D( 3.2.4 激光器锁模运转特性
be&6kG 3.2.5 色散与色散补偿
MhHr*!N"} 3.3 啁啾脉冲放大器
A
*a{ 3.3.1 展宽器与压缩器
tceIA8d6
3.3.2 啁啾脉冲放大器工作原理与结构
W"W@WG9X0 3.3.3 啁啾脉冲放大器实例介绍
BHF{-z 3.4 非线性光学频率变换
\H,V 9!B 3.4.1 近红外波段共线光参量放大
w/qQ(]n8 3.4.2 可见光波段非共线光参量放大
h~,x7]w6 3.4.3 如何获得紫外、中红外波段的飞秒脉冲
B1x'5S;Bq 3.4.4 频率变换装置实例介绍
Z"l`e0{ 参考文献
Tq9,c#}& 第4章 非线性光谱学基础
:|?~B%-p[ 4.1 密度算符
;n3uV`\ 4.1.1 纯态的密度算符
|}M~kJ) 4.1.2 密度算符的时间演化
WH{cJ7wCL 4.1.3 统计平均的密度算符
'wCS6_K 4.1.4 二能级系统密度矩阵的时间演化:无微扰情形
D9}d]9]$ 4.1.5 Liouville表示下的密度算符
!}iLO0 4.1.6 退位相
%T3j8fC{s 4.1.7 各种表示的层级结构
-X`~;=m>U 4.1.8 二能级系统密度矩阵的时间演化:光学Bloch方程
;~}-AI- 4.2 微扰展开
b%=1"&JI: 4.2.1 动机:非微扰展开的局限
\7|s$ XQ\ 4.2.2 时间演化算符
j'G"ZPw1 4.2.3 相互作用表象
&z ./4X 4.2.4 备注:Heisenberg表象
+#|'|}j 4.2.5 波函数的微扰展开
on]\J 4.2.6 密度矩阵的微扰展开
:`{9x%o; 4.2.7 非线性光学简介
3{ .9O$ 4.2.8 非线性极化强度
|M[v493\ 4.3 双边Feynman图
;e&hM\p 4.3.1 Liouville路径
e7Yb=/F 4.3.2 时序和准冲击极限
ph Wc8[Q 4.3.3 旋转波近似
VaD: 4.3.4 相位匹配
h-z%C6 参考文献
vS~AxeW/7R 第5章 非线性光谱学原理及其应用
;yRwoTc)Y 5.1 非线性光谱学
$-C6pZN(X 5.1.1 线性光谱学
k$9Gn9L% 5.1.2 三能级系统的泵浦-探测光谱学
@"q~AY 5.1.3 量子拍光谱学
<ol$-1l#9 5.1.4 双脉冲光子回波光谱学
*D,v>( 5.2 退相位的微观理论:光谱线型的Kubo随机理论
nG&w0de<> 5.2.1 线性响应
<wIp$F. 5.2.2 非线性响应
`77;MGg* 5.2.3 三脉冲光子回波光谱学
S#dyRTmI 5.3 退位相的微观理论:Brown振子模型
!1ie:z>s 5.3.1 含时哈密顿量的时间演化算符
tEi@p;Z> 5.3.2 Brown振子模型
!mw{T D 5.4 二维光谱仪:三阶响应函数的直接测量
1G e)p4 5.4.1 单跃迁的二维光谱
=2ATqb"$w 5.4.2 一组耦合振子的二维红外光谱
NTpz)R 5.4.3 弱耦合振动态的激子模型
r?Ev.m 参考文献
ANA2S*r 第6章 二维红外光谱
*X-~TC0
[ 6.1 简介
/t%"Dh8x 6.1.1 二维红外光谱定义
rwi2kk#@P 6.1.2 二维红外光谱的用途
#C;#$|d 6.2 二维红外光谱原理
Y\Fuj) 6.3 二维红外光谱实验
&(z8GYBr 6.3.1 飞秒红外激光
光源 y1@"H/nYJ 6.3.2 二维红外光谱仪
[# H8= 6.3.3 二维红外光谱图
u;l6sdo 6.4 二维红外光谱的应用
Y\\3g_YBF 6.4.1 快速动态变化
@O @|M' 6.4.2 分子结构
\K4CbZ,. 6.4.3 分子间相互作用
a=}">=]7 6.5 展望
U 8qKD 参考文献
?z4uze1 第7章 二维电子态相干光谱原理、实验及理论
模拟 ByB0>G''. 7.1 二维光谱原理
;X9MA=b 7.2 二维可见光谱实验装置
?kT~)k 7.3 数据采集及计算
Ggxrj'r 7.4 理论
S7\|/h:4 7.5 实验结果与讨论
f:)K 7.5.1 实验
LyCV_6;D 7.5.2 理论模拟
@; j0c_^"! 7.6 二维电子光谱应用举例
H|(*$!~e 附:三能级系统的三阶响应函数
d ~Z:$&r 参考文献
#nMP(ShK 第8章 二维飞秒时间分辨光谱概论
*y[~kWI 8.1 背景介绍
e\|E; l 8.2 一维傅里叶变换谱
eBLHT 8.3 自由感应衰减
'3Lx!pMhN 8.4 非线性响应
JydQA_ 8.5 信号辐射和传播
7W>}7 8.6 密度矩阵方法及双边费曼图
A)s"h=R 8.7 二维傅里叶变换谱
?tal/uC 参考文献
iz,q8}/( 第9章 飞秒瞬态吸收光谱及常规光路调节技术
.J7-4 9.1 简介
$F
/p8AraK 9.2 实验光路
+kdU%Sm 9.3 数据采集与计算
,XF6Xsg2 9.3.1 瞬态光谱动力学
:67d>wb 9.3.2 数据采集
v#AO\zYKd 9.3.3 采集程序
#L1yL<' 9.4 超快实验光路调节技巧
5qODS_Eq 9.4.1 双镜法调节光路
Liz6ob 9.4.2 光程设定
:ayO+fr# 9.4.3 延迟线
:h](;W>H 9.4.4 重合的调节
L>R!A3G1 9.4.5 光楔的使用
;R-
z3C 9.4.6 偏振调节
A`r$fCt1Vi 9.4.7 翻转镜的使用
(WU~e!} 9.5 超连续白光
{(zL"g46 9.5.1 白光产生简介
S)AE 9.5.2 白光产生条件
N?u2,h- 9.5.3 白光的色散与色差
*b 7
^s,? 9.6 实验检错
qz_TcU' 9.7 其他测量方法
Q:xI}
]FM 9.7.1 锁相放大器
f*R_\ 9.7.2 门积分平均器
^!s}2GcS` 9.7.3 电荷耦合器件
&hM,b!R| 参考文献
$K>d \{@+7 第10章 奇异值分解及全局拟合数据处理方法
`&&6-/ 10.1 方法简介
b ffml 10.2 数据矩阵的准备
*^$N$t/2 10.3 奇异值分解的计算
zj$Z%|@$ 10.4 组分的选择方法
Gm?"7R. 10.5 物理模型的建立
^SL}wC x 10.6 全局拟合
TY{?4 参考文献
%L=h}U13 第11章 荧光的偏振性与荧光发射的各向异性
o@V/37! 11.1 荧光偏振状态的表征(偏振比和发射各向异性)
0a;FX0S& 11.1.1 线性偏振光激发
GmWQJY X\ 11.1.2 自然光激发
~'YSVx& ) 11.2 瞬时和稳态各向异性
?wiq
3f 6 11.2.1 瞬时各向异性
\=:g$_l 11.2.2 稳态各向异性
zw;(:fgY# 11.3 各向异性的加和法则
XajY'+DIsz 11.4 发射各向异性与发射跃迁矩角分布之间的关系
w}KcLaI 11.5 分子固定不动取向随机分布的情形
&^Q~G>A 11.5.1 吸收跃迁矩和发射跃迁矩相互平行的情形
XzR WY\x 11.5.2 吸收跃迁矩和发射跃迁矩非平行的情形
$F'~^2 11.6 转动布朗运动效应
dIh(~KqB 11.6.1 自由转动
N7|W.( 11.6.2 受阻转动
74!JPOpQH 11.7 应用
kc/H 参考文献
%L,, 第12章 超快荧光测量技术
tYxlM! 12.1 超快荧光测量技术简介
Ra,on&OP`* 12.2 荧光上转换技术
%li{VDb 12.2.1 相位匹配
#T#FUI1p 12.2.2 光谱带宽与群速失配
'{_tDboY 12.2.3 荧光上转换实验
R=f5:8D<- 12.3 光克尔门技术
(TK
cSVR 12.3.1 光克尔荧光技术原理
6/[h24d 12.3.2 光克尔荧光技术实验
K^p"Z$$ 12.4 荧光非共线光参量放大技术
xuC6EK+ 12.4.1 光参量放大基本原理
l~>rpG 12.4.2 荧光光参量放大系统的基本构成
J +Y|# U 12.4.3 数据采集系统
iO#xIl< 12.4.4 荧光收集系统
Czl 8Q oH 12.5 荧光放大光谱的失真与矫正
m3ZOq
B- 12.5.1 影响光谱增益的因素
JSP8Lu"n 12.5.2 理论与实验的对比
NomK(%8m$ 12.5.3 光谱失真的解决方法
H "/e% 参考文献
+\@\,{Ujy 第13章 飞秒激光脉冲性质表征方法
1JY90l$ME 13.1 飞秒激光脉冲
A7}|VV 13.1.1 激光脉冲的数学表示
]5MRp7 13.1.2 脉冲波形与脉冲宽度
)FiU1E 13.1.3 色散、啁啾及其对脉冲宽度的影响
Z-=7QK.\{ 13.1.4 载波位相
yOm6HA``hT 13.1.5 相速和群速
HAOrwJFqU 13.1.6 波前及波前倾斜
m<;" 1<k 13.2 激光脉冲脉宽测量方法
iw6M3g# 13.2.1 自相关方法
x~I1(l7r 13.2.2 频率分辨光学开关方法
' <jp.sZQ 13.2.3 光谱位相相干电场重建方法
_25]>D$ 13.3 脉冲激光载波位相及波前倾斜测量
trA `l/ 13.3.1 光谱干涉仪及载波位相的测量
Tl{r D(D 13.3.2 波前倾斜测量
0{@Ovc 13.3.3 非共线光参量放大的相速、群速匹配条件
=
ft$j 参考文献
[<yUq zm 第14章 脉冲升温-纳秒时间分辨中红外瞬态吸收光谱
x{w ?X.Nt 14.1 引言
)bJ6{& 14.2 溶剂水(重水)的脉冲升温
r3K: 14.3 纳秒脉冲升温典型激光光源介绍
, 0ja _ 14.3.1 高压气体拉曼频移池
}|,\?7, 14.3.2 Ho:YAG脉冲激光器
AZP>\Dq 14.4 红外探测光源
@)Y7GM+^ 14.4.1 一氧化碳激光器
Cd*C^cJU&z 14.4.2 红外单色仪定标
@k;3$ 14.5 信号探测及数据采集系统
7"U,N;y 14.6 数据采集系统的改进
ijSYQ 14.7 温度定标
"K=)J'/n 14.8 红外实验蛋白样品处理方法
`t"Kq+ 14.9 脉冲升温-时间分辨中红外瞬态吸收光谱应用实例
%&S]cEw 14.9.1 细胞色素C热稳定性研究
l"g%vS,;` 14.9.2 二硫键异构酶(DsbC)生物学异常活性研究
$G.|5sEk 参考文献
9%veUvY 第15章 噪声与微弱信号测量
eesLTyD2_ 15.1 信噪比
yL,B\YCf8 15.2 噪声的种类、来源以及相应的减噪措施
p5w g+K 15.3 随机噪声
B(NL3WJ 15.3.1 随机噪声的正态分布
rx)Q] 15.3.2 典型随机噪声的频谱特性
SQvB)NOw 15.3.3 噪声的时域特性:脉冲噪声、起伏噪声
]zAg6*-/B 15.3.4 等效噪声带宽
gpl!Iz~5 15.4 电子仪器的固有噪声
vUExS Z^ 15.4.1 热噪声
JH,+F 15.4.2 温漂的影响
Y)5}bmL 15.4.3 散粒噪声
q&x#S_! 15.4.4 接触噪声
0{uX2h 15.4.5 放大器级联时的噪声
}z:=b8} 15.5 外部干扰噪声及其抑制
mSp7H! 15.5.1 外部干扰的途径
7guxkN# 15.5.2 传导干扰的抑制
}e|]G,NZO 15.5.3 公共阻抗耦合干扰的抑制
|bUmkw 15.5.4 空间耦合干扰的抑制
qa#F}aGd 15.6 相敏检测技术
T!$HVHh&,} 15.7 纳秒量级时间分辨实验中电磁干扰屏蔽举例
$^GnY7$!> 参考文献
bsDUFXH] 第16章 接口及计算机控制简介
=i<(hgD 16.1 常用仪器通信接口
*Ux"3IXO 16.1.1 串行接口
[X\2U4 16.1.2 并行接口
l^Z~^.{y 16.1.3 GPIB/IEEE488接口
zh#uwT1u 16.1.4 Ethernet接口
=-Tetp 16.1.5 USB接口
I>|?B(F 16.2 常用仪器控制编程
软件 XS@6jbLE 16.2.1 Visual C
oZw#Nd 16.2.2 Visual Basic
53xq% 16.2.3 LabVIEW
SJe;T 16.3 常用接口编程示例
L@uKE jR 16.3.1 Visual Basic串口编程
HX^
P9jXT 16.3.2 Visual Basic并口编程
1k(*o.6 16.3.3 LabVIEW串口编程
\`&fr+x 16.3.4 LabVIEW GPIB编程
-JkO[IF 参考文献