《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。
(dfC}x(3h 《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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"fr{:'HX V@g v
N]eBmv$| 5 w(nttYH 目录
CY*o"@-o5) 第1章 时间分辨光谱技术导论
iciKjXJ: 1.1 时间分辨光谱概述
hxzA1s%~ 1.1.1 时间分辨简介
,PmUl= 1.1.2 飞秒化学
3dSb!q0&N 1.2 量子波包
dQ:F 5|p 1.2.1 量子力学波包
ufCpX>lNF 1.2.2 里德堡(Rydberg)态波包
k 3H0$1 1.2.3 波包再现结构
Jz=|-F(Sy 1.2.4 波包的制备与激发光脉宽
]J [d8S5 1.2.5 波包的产生
.uVd' 1.2.6 波包运动的实验测量方法
}zks@7kf 1.2.7 波包测量实例分析
_Dd>e=v 1.3 密度矩阵表示
Um}AV 1.3.1 相干态的密度矩阵表示
$|xSM2 1.3.2 密度算符与密度矩阵
7Q]c=i cg 1.3.3 纯态和混合态
5D.Sg;\ 1.3.4 混合态的密度矩阵
JO`r)_ 1.4 飞秒光相干振动激发的唯象处理
gROK4'j6y 1.5 低频振动相干态冲击受激拉曼散射实验测量及理论分析
9Vqy<7i1 1.5.1 相干态冲击受激拉曼散射泵浦-探测实验测量
V y$*v 1.5.2 相干态冲击受激拉曼散射实验结果的理论分析
O!%T<2i3 参考文献
76"4Q! 第2章 分子光谱学基础
4d%0a%Z 2.1 光谱的量子本性
gyD ;kn\CP 2.1.1 一维谐振子的波函数
a_+?#m 2.1.2 角动量的量子化特征
h}!9?:E 2.2 轨道与电子态
r88De=* 2.2.1 原子轨道与电子态
1cv~_jFh 2.2.2 分子轨道与电子组态
nj0sh"~+ 2.3 分子对称性与分子点群
5wmd[YL 2.4 电子跃迁与光谱
O>pv/Ns 2.4.1 分子的光吸收
Yb-{+H8{J 2.4.2 跃迁矩
e*qGrg (E 2.5 光谱跃迁选择定则
X3a 9- 2.5.1 原子的电子跃迁选择定则
9sT5l"?g 2.5.2 分子的电子态跃迁选择定则
S\h5
D2G; 2.5.3 电子态跃迁中的振动跃迁选择定则
j{YYG| 2.5.4 纯振动、转动跃迁选择定则
~x!up9 2.6 激发态性质
GLyPgZ`| 2.6.1 激发态表示方法
k'PvTWR 2.6.2 激发态寿命
+^lB"OcOX@ 2.6.3 激发态能量
(bQ3:%nD 2.6.4 溶剂效应
0W}qp?
2.6.5 无辐射跃迁过程
('SId@ 2.6.6 激发态反应的Kasha规则
@`dg:P*[ 参考文献
G/N c@XG\ 第3章 飞秒激光技术
uZtN,Un 3.1 飞秒脉冲
激光器的发展
@U18Dj[ 3.2 克尔
透镜锁模掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器
&G\mcstX 3.2.1 掺钛蓝宝石晶体的性质
{='Bd6_= 3.2.2 克尔透镜锁模原理
!}z'"l4i 3.2.3 钛宝石激光器谐振腔
'{UKO7 3.2.4 激光器锁模运转特性
>P:X\5Oj 3.2.5 色散与色散补偿
R__:~uv, 3.3 啁啾脉冲放大器
Mn(iAsg 3.3.1 展宽器与压缩器
'"fJA/O 3.3.2 啁啾脉冲放大器工作原理与结构
V-}}?c1 F 3.3.3 啁啾脉冲放大器实例介绍
IO)#O< 3.4 非线性光学频率变换
@]vY[O!&; 3.4.1 近红外波段共线光参量放大
!*}UP|8 3.4.2 可见光波段非共线光参量放大
OIL8'xY.w 3.4.3 如何获得紫外、中红外波段的飞秒脉冲
&K\80wGK 3.4.4 频率变换装置实例介绍
,JE_aje7 参考文献
`,-mXxTNT 第4章 非线性光谱学基础
A vq+s.h 4.1 密度算符
!Fp %2gt| 4.1.1 纯态的密度算符
d]]z ) 4.1.2 密度算符的时间演化
*u1q7JFQk 4.1.3 统计平均的密度算符
X n$ZA- 4.1.4 二能级系统密度矩阵的时间演化:无微扰情形
U_(>eVi7F 4.1.5 Liouville表示下的密度算符
A,9JbX 4.1.6 退位相
x{SlJ%V 4.1.7 各种表示的层级结构
2Qp}f^ 4.1.8 二能级系统密度矩阵的时间演化:光学Bloch方程
h9)fXW 4.2 微扰展开
~2"hh$ 4.2.1 动机:非微扰展开的局限
hr}f5Z)^v 4.2.2 时间演化算符
)pH+ibR 4.2.3 相互作用表象
RyJy%|\-S 4.2.4 备注:Heisenberg表象
Gv&G2^ 4.2.5 波函数的微扰展开
M_};J; 4.2.6 密度矩阵的微扰展开
z~pp7 4.2.7 非线性光学简介
FKTF?4+\U 4.2.8 非线性极化强度
Nv7-6C6< 4.3 双边Feynman图
:J`@@H 4.3.1 Liouville路径
-!Myw&*\V 4.3.2 时序和准冲击极限
%hsCB
.r>| 4.3.3 旋转波近似
e4tIO 4.3.4 相位匹配
;Zd_2CZ 参考文献
W5
F\e[Ax5 第5章 非线性光谱学原理及其应用
z#GZb 5.1 非线性光谱学
eo0-aHs 5.1.1 线性光谱学
. ,^WCyvq 5.1.2 三能级系统的泵浦-探测光谱学
jr4xh{Z` 5.1.3 量子拍光谱学
D=-}&w_T" 5.1.4 双脉冲光子回波光谱学
@gD)pH 5.2 退相位的微观理论:光谱线型的Kubo随机理论
LpU}. 5.2.1 线性响应
Dcvul4Q 5.2.2 非线性响应
TVD~Ix 5.2.3 三脉冲光子回波光谱学
E$)| Kv^ 5.3 退位相的微观理论:Brown振子模型
b&U1^{( 5.3.1 含时哈密顿量的时间演化算符
}tW-l*\U 5.3.2 Brown振子模型
L/"};VI 5.4 二维光谱仪:三阶响应函数的直接测量
D*%am|QL 5.4.1 单跃迁的二维光谱
G%erh}0~ 5.4.2 一组耦合振子的二维红外光谱
H2s:M 5.4.3 弱耦合振动态的激子模型
X_TjJmc 参考文献
f8]sjeY 第6章 二维红外光谱
,-#MEr 6.1 简介
&:&89<C' 6.1.1 二维红外光谱定义
zFq%[ X 6.1.2 二维红外光谱的用途
W`;;fJe 6.2 二维红外光谱原理
^3$l!>me 6.3 二维红外光谱实验
/|
v.A\: 6.3.1 飞秒红外激光
光源 c* {6T}VZr 6.3.2 二维红外光谱仪
_RbfyyaN 6.3.3 二维红外光谱图
*): |WDR 6.4 二维红外光谱的应用
9(N 6.4.1 快速动态变化
1Z# $X` 6.4.2 分子结构
OUv<a`0 6.4.3 分子间相互作用
Z+El(f x 6.5 展望
c@t?R$c 参考文献
_Je4&KU 第7章 二维电子态相干光谱原理、实验及理论
模拟 &kg^g%% 7.1 二维光谱原理
f$o^Xu 7.2 二维可见光谱实验装置
P8d 7.3 数据采集及计算
j<t3bM-G 7.4 理论
iS$[dC ?N 7.5 实验结果与讨论
TpKAdrY 7.5.1 实验
rOSov"7 7.5.2 理论模拟
ra$:ibLN 7.6 二维电子光谱应用举例
hQn?qJy%W 附:三能级系统的三阶响应函数
*-T.xo 参考文献
V?u#WJy/ 第8章 二维飞秒时间分辨光谱概论
kTb$lLG\xk 8.1 背景介绍
Je6[q 8.2 一维傅里叶变换谱
b#6S8C+@ 8.3 自由感应衰减
ipv5JD[ 8.4 非线性响应
Z1
D 8.5 信号辐射和传播
y]j.PT`Cw 8.6 密度矩阵方法及双边费曼图
{"ST
hTZ 8.7 二维傅里叶变换谱
I=0c\ U} 参考文献
8Qg10Yjy 第9章 飞秒瞬态吸收光谱及常规光路调节技术
54_}9_g 9.1 简介
*7!MG 9.2 实验光路
'}Fe&% 9.3 数据采集与计算
NHd@s#@ 9.3.1 瞬态光谱动力学
*g(d}C! 9.3.2 数据采集
a"vzC$Hxd 9.3.3 采集程序
>yO/p(/;jR 9.4 超快实验光路调节技巧
#J[g
r_ 9.4.1 双镜法调节光路
Fw<"]*iu 9.4.2 光程设定
NL9.J@"b 9.4.3 延迟线
]Ur/DRNS 9.4.4 重合的调节
W'./p"2g 9.4.5 光楔的使用
2 2v"?* 9.4.6 偏振调节
\dk1a 9.4.7 翻转镜的使用
@;/Pl>$|'G 9.5 超连续白光
l9.`2d]o 9.5.1 白光产生简介
4Q|>k)H 9.5.2 白光产生条件
=g#PP@X]D! 9.5.3 白光的色散与色差
t#NPbLZ 9.6 实验检错
S2$E`'
J 9.7 其他测量方法
OgF[= 9.7.1 锁相放大器
A({czHLhN5 9.7.2 门积分平均器
`d_T3^ayu 9.7.3 电荷耦合器件
=3bk=vy 参考文献
,&o9\|ih7] 第10章 奇异值分解及全局拟合数据处理方法
HWjJ.;k}a 10.1 方法简介
7<j!qWm0 10.2 数据矩阵的准备
y3oq{Z> 10.3 奇异值分解的计算
q<09]i 10.4 组分的选择方法
\Id8X`,eD 10.5 物理模型的建立
u+)!C*ho 10.6 全局拟合
KXPCkNIN! 参考文献
fQoAdw 第11章 荧光的偏振性与荧光发射的各向异性
r^ ,_m,s'< 11.1 荧光偏振状态的表征(偏振比和发射各向异性)
\RDN_Z 11.1.1 线性偏振光激发
tV++QC7@L 11.1.2 自然光激发
/uw@o9`~2- 11.2 瞬时和稳态各向异性
yhH2b:nY(9 11.2.1 瞬时各向异性
lS=YnMs6a 11.2.2 稳态各向异性
ZX_QnSNZ? 11.3 各向异性的加和法则
Q7+WV`& 11.4 发射各向异性与发射跃迁矩角分布之间的关系
7?fgcb3 11.5 分子固定不动取向随机分布的情形
wkt4vE87 11.5.1 吸收跃迁矩和发射跃迁矩相互平行的情形
nDrRK 11.5.2 吸收跃迁矩和发射跃迁矩非平行的情形
-h8mJ D%Oi 11.6 转动布朗运动效应
maap X/J 11.6.1 自由转动
Y9abRrK 11.6.2 受阻转动
#(]D]f[@ 11.7 应用
Sm/8VSY 参考文献
`gl?y;xC 第12章 超快荧光测量技术
HYl+xH'.j 12.1 超快荧光测量技术简介
uI,*&bP 12.2 荧光上转换技术
30h[&Oc 12.2.1 相位匹配
G"r{!IFL 12.2.2 光谱带宽与群速失配
UC&$8^ 12.2.3 荧光上转换实验
Vz mlKVE 12.3 光克尔门技术
48p3m)5
12.3.1 光克尔荧光技术原理
>\JPX 12.3.2 光克尔荧光技术实验
Rxy|Ag/I;V 12.4 荧光非共线光参量放大技术
o#FctM'Z 12.4.1 光参量放大基本原理
B;bP~e>W 12.4.2 荧光光参量放大系统的基本构成
S1r{2s& 12.4.3 数据采集系统
lg|6~=aQ
12.4.4 荧光收集系统
P}6#s'07~ 12.5 荧光放大光谱的失真与矫正
zfU Do`V~ 12.5.1 影响光谱增益的因素
ei2?H;H; 12.5.2 理论与实验的对比
jnV#Q
; 12.5.3 光谱失真的解决方法
ca=MUm=B 参考文献
Kj0)/Fjl+ 第13章 飞秒激光脉冲性质表征方法
}Z <I%GT 13.1 飞秒激光脉冲
[)`*k#.= 13.1.1 激光脉冲的数学表示
P~(&lu/;P 13.1.2 脉冲波形与脉冲宽度
!MSa - 13.1.3 色散、啁啾及其对脉冲宽度的影响
uNf'Zeo 13.1.4 载波位相
R5sEQ| E 13.1.5 相速和群速
(
%sfwv 13.1.6 波前及波前倾斜
B~o3Z 13.2 激光脉冲脉宽测量方法
x.gz sd 13.2.1 自相关方法
5T/+pC$e= 13.2.2 频率分辨光学开关方法
-t_&H\_T 13.2.3 光谱位相相干电场重建方法
[CHN3&l-5S 13.3 脉冲激光载波位相及波前倾斜测量
z{R
Mb 13.3.1 光谱干涉仪及载波位相的测量
@Hj]yb5 13.3.2 波前倾斜测量
6?"Gj}|r 13.3.3 非共线光参量放大的相速、群速匹配条件
@G&oUhS 参考文献
DvWBvs, 第14章 脉冲升温-纳秒时间分辨中红外瞬态吸收光谱
z7fX!'3V 14.1 引言
1drg5 14.2 溶剂水(重水)的脉冲升温
E.#JCO|(1 14.3 纳秒脉冲升温典型激光光源介绍
hbXm Ist 14.3.1 高压气体拉曼频移池
!@V]H 14.3.2 Ho:YAG脉冲激光器
Fmn_fW6 14.4 红外探测光源
UHJro9 14.4.1 一氧化碳激光器
qA}l[:F+# 14.4.2 红外单色仪定标
~,W|i 14.5 信号探测及数据采集系统
4gZ R!J 14.6 数据采集系统的改进
G>dXK,f<B0 14.7 温度定标
?(s9dS,7wZ 14.8 红外实验蛋白样品处理方法
qPu?rU{2 14.9 脉冲升温-时间分辨中红外瞬态吸收光谱应用实例
%m|BXyf]_B 14.9.1 细胞色素C热稳定性研究
)~)T[S 14.9.2 二硫键异构酶(DsbC)生物学异常活性研究
pDC`Fi 参考文献
6T"5,Q</h 第15章 噪声与微弱信号测量
@V4nc
'o. 15.1 信噪比
9Eh*r@> 15.2 噪声的种类、来源以及相应的减噪措施
iLdUus! 15.3 随机噪声
axG%@5 15.3.1 随机噪声的正态分布
Xe}I;sKrB 15.3.2 典型随机噪声的频谱特性
p+I`xyk 15.3.3 噪声的时域特性:脉冲噪声、起伏噪声
<MxA;A 15.3.4 等效噪声带宽
a;i}<n7 15.4 电子仪器的固有噪声
P EzT|uY 15.4.1 热噪声
k]4CN 15.4.2 温漂的影响
>U:-U"rA? 15.4.3 散粒噪声
"97sH_
, 15.4.4 接触噪声
mv<cyWp 15.4.5 放大器级联时的噪声
e{:
-N 15.5 外部干扰噪声及其抑制
s$^ 2Cuhv 15.5.1 外部干扰的途径
{s@&3i?ZiC 15.5.2 传导干扰的抑制
$jC+oYXj 15.5.3 公共阻抗耦合干扰的抑制
dn5t7D^x 15.5.4 空间耦合干扰的抑制
E]Cm#B 15.6 相敏检测技术
3&X5*-U 15.7 纳秒量级时间分辨实验中电磁干扰屏蔽举例
G$`hPNSh 参考文献
2%l(qfN9 第16章 接口及计算机控制简介
zll?/|% 16.1 常用仪器通信接口
*eAt ' 16.1.1 串行接口
TIV|7nKL 16.1.2 并行接口
%z1hXh#+ 16.1.3 GPIB/IEEE488接口
~N2 [j 16.1.4 Ethernet接口
AWZ4h,as{ 16.1.5 USB接口
'pAq;2AA 16.2 常用仪器控制编程
软件 8LtkP&Wx 16.2.1 Visual C
Ze`ms96j{ 16.2.2 Visual Basic
ohPXwp?] 16.2.3 LabVIEW
(i)O@Jve 16.3 常用接口编程示例
CwF=@:*d 16.3.1 Visual Basic串口编程
]xJ2;{JWsO 16.3.2 Visual Basic并口编程
$a')i<m^g 16.3.3 LabVIEW串口编程
gC@=]Y 16.3.4 LabVIEW GPIB编程
>+BLD 参考文献