《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。
`fkrik 《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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`Y\/US70{c />[6uvy#Q
y+scJ+< 0:Y`#0qK 目录
i`aG 第1章 时间分辨光谱技术导论
-NPkN%h 1.1 时间分辨光谱概述
c2\vG 1.1.1 时间分辨简介
/V<`L 1.1.2 飞秒化学
C9H11g7{ 1.2 量子波包
4_%FSW8- 1.2.1 量子力学波包
(1,#=e+ 1.2.2 里德堡(Rydberg)态波包
gwaC?tf[ 1.2.3 波包再现结构
~fp+@j-A 1.2.4 波包的制备与激发光脉宽
'D"K`Vw 1.2.5 波包的产生
fJw=7t-t 1.2.6 波包运动的实验测量方法
D
Ok^ON 1.2.7 波包测量实例分析
=Xjuz:9D~ 1.3 密度矩阵表示
'HWgvmw( 1.3.1 相干态的密度矩阵表示
/e sk 1.3.2 密度算符与密度矩阵
J8v:a`bX& 1.3.3 纯态和混合态
;v+uv f 1.3.4 混合态的密度矩阵
ZU.)K>' 1.4 飞秒光相干振动激发的唯象处理
9T,QWk 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
/Tf*d>Yh; 1.5.1 相干态冲击受激拉曼散射泵浦-探测实验测量
mjl!Nth:< 1.5.2 相干态冲击受激拉曼散射实验结果的理论分析
,L{o,qzC 参考文献
Eb[H3v48, 第2章 分子光谱学基础
5652'p 2.1 光谱的量子本性
31sgf5 s 2.1.1 一维谐振子的波函数
ar
qLp| 2.1.2 角动量的量子化特征
lcT+$4zk. 2.2 轨道与电子态
]t*P5 2.2.1 原子轨道与电子态
.-u k 2.2.2 分子轨道与电子组态
Rf(x^J{ 2.3 分子对称性与分子点群
,o>pmaoLs 2.4 电子跃迁与光谱
@oqi@&L'C 2.4.1 分子的光吸收
h NOYFH 2.4.2 跃迁矩
R`C_CsXir 2.5 光谱跃迁选择定则
%c&Ah 2.5.1 原子的电子跃迁选择定则
Cb%.C;q 2.5.2 分子的电子态跃迁选择定则
8P<UO 2.5.3 电子态跃迁中的振动跃迁选择定则
YaVc9du7 2.5.4 纯振动、转动跃迁选择定则
d! QD vO 2.6 激发态性质
)47j8jL 2.6.1 激发态表示方法
LJNie* 2.6.2 激发态寿命
\eMYw7y5M 2.6.3 激发态能量
.xz,pn} 2.6.4 溶剂效应
K?Xo3W%K 2.6.5 无辐射跃迁过程
-m'3L7: 2.6.6 激发态反应的Kasha规则
#:vDBP05.m 参考文献
>H1|c%w 第3章 飞秒激光技术
af?\kBm 3.1 飞秒脉冲
激光器的发展
`/wq3+ ? 3.2 克尔
透镜锁模掺钛蓝宝石飞秒激光振荡器
>uchF8)e| 3.2.1 掺钛蓝宝石晶体的性质
Xk&F4BJQk< 3.2.2 克尔透镜锁模原理
jRdhLs,M9 3.2.3 钛宝石激光器谐振腔
ok>P [
&! 3.2.4 激光器锁模运转特性
hKH$AEHEU} 3.2.5 色散与色散补偿
]~
#+b> 3.3 啁啾脉冲放大器
a._^E/EV 3.3.1 展宽器与压缩器
Y0L5W;iM 3.3.2 啁啾脉冲放大器工作原理与结构
D=82$$ 3.3.3 啁啾脉冲放大器实例介绍
>0<KkBH 3.4 非线性光学频率变换
bco[L@6G$ 3.4.1 近红外波段共线光参量放大
8MeO U 3.4.2 可见光波段非共线光参量放大
S QM(8*:X 3.4.3 如何获得紫外、中红外波段的飞秒脉冲
17n+4J] 3.4.4 频率变换装置实例介绍
/ 8WpX 参考文献
j""y2c1 第4章 非线性光谱学基础
4l%?mvA^m 4.1 密度算符
V6z@"+ 4.1.1 纯态的密度算符
3!"b
guE 4.1.2 密度算符的时间演化
Oa.f~|
4.1.3 统计平均的密度算符
D*XZT{1g 4.1.4 二能级系统密度矩阵的时间演化:无微扰情形
PV]k3&y 4.1.5 Liouville表示下的密度算符
||'i\X|[ 4.1.6 退位相
lC /Hib 4.1.7 各种表示的层级结构
BS-:dyBw 4.1.8 二能级系统密度矩阵的时间演化:光学Bloch方程
%TW%|"v 4.2 微扰展开
QWzOp\+ 4.2.1 动机:非微扰展开的局限
<w UD 4.2.2 时间演化算符
(DG@<K,6 4.2.3 相互作用表象
co$Hi9JE 4.2.4 备注:Heisenberg表象
Msv*}^> 4.2.5 波函数的微扰展开
\8> 4.2.6 密度矩阵的微扰展开
7z/(V\9B 4.2.7 非线性光学简介
Qc&-\kQ:$u 4.2.8 非线性极化强度
v9t47>V 4.3 双边Feynman图
aDN6MZM 4.3.1 Liouville路径
LXh@o1 4.3.2 时序和准冲击极限
|8DH4*y! 4.3.3 旋转波近似
b"R, p=M 4.3.4 相位匹配
xf V,==uF 参考文献
z)58\rtz 第5章 非线性光谱学原理及其应用
VjA wn}eO 5.1 非线性光谱学
%k3NT~ 5.1.1 线性光谱学
S+) l[0 5.1.2 三能级系统的泵浦-探测光谱学
ba(arGZ+{ 5.1.3 量子拍光谱学
.%x"t>] 5.1.4 双脉冲光子回波光谱学
l)tTg+: 5.2 退相位的微观理论:光谱线型的Kubo随机理论
IgPV# 5.2.1 线性响应
DEUd[ 5.2.2 非线性响应
Sk6b`W7$ 5.2.3 三脉冲光子回波光谱学
"8wf.nZ 5.3 退位相的微观理论:Brown振子模型
;Pol#0_( 5.3.1 含时哈密顿量的时间演化算符
a"0B?3*r46 5.3.2 Brown振子模型
[+g( 5.4 二维光谱仪:三阶响应函数的直接测量
%sO Wg.0_ 5.4.1 单跃迁的二维光谱
a)3O? Y 5.4.2 一组耦合振子的二维红外光谱
NLcO{ 5.4.3 弱耦合振动态的激子模型
lv<iJH\
参考文献
4zo4H~@gk 第6章 二维红外光谱
7=7!| UV 6.1 简介
]}mly`Fw 6.1.1 二维红外光谱定义
'GEBxNH: 6.1.2 二维红外光谱的用途
xoqiRtlY: 6.2 二维红外光谱原理
(v|r'B9b 6.3 二维红外光谱实验
{l&Ltruhz 6.3.1 飞秒红外激光
光源 5kGxhD 6.3.2 二维红外光谱仪
[D*J[?yt 6.3.3 二维红外光谱图
eV[`P&j_C 6.4 二维红外光谱的应用
=)(3Dp 6.4.1 快速动态变化
xN#bzma 6.4.2 分子结构
L*zbike 6.4.3 分子间相互作用
u~$WH, P3 6.5 展望
:y=!{J< 参考文献
Uby,Tu 第7章 二维电子态相干光谱原理、实验及理论
模拟 ayV6m 7.1 二维光谱原理
cvZni#o2) 7.2 二维可见光谱实验装置
*ZGX-+{ 7.3 数据采集及计算
6OfdD.y 7.4 理论
U8CWz!;Qz 7.5 实验结果与讨论
GE%2/z p 7.5.1 实验
iLF^%!:X% 7.5.2 理论模拟
UH5w7M 7.6 二维电子光谱应用举例
PV?]UUc'n< 附:三能级系统的三阶响应函数
w-
UKMW9" 参考文献
3^!Hl8P7 第8章 二维飞秒时间分辨光谱概论
?k
[%\jq{a 8.1 背景介绍
(7IqY1W 8.2 一维傅里叶变换谱
X Y~;)<s_ 8.3 自由感应衰减
S3SV.C:z> 8.4 非线性响应
Y8)}PWMs 8.5 信号辐射和传播
%0vTA_W 8.6 密度矩阵方法及双边费曼图
HR;/Br 8.7 二维傅里叶变换谱
q.-y)C) ; 参考文献
A:kkCG!~Nf 第9章 飞秒瞬态吸收光谱及常规光路调节技术
XR|"dbZW.0 9.1 简介
}ppVR$7]0 9.2 实验光路
}c}
( 5 9.3 数据采集与计算
Ee&hG[sx 9.3.1 瞬态光谱动力学
+AB6lv 9.3.2 数据采集
3@&bxYXm 9.3.3 采集程序
>B0D/:R9 9.4 超快实验光路调节技巧
=K .r 9.4.1 双镜法调节光路
{]=v]O|, 9.4.2 光程设定
5 d+<EF+N 9.4.3 延迟线
mKV'jm0 9.4.4 重合的调节
XdcG0D^ 9.4.5 光楔的使用
lj)f4zu 9.4.6 偏振调节
[!G)$< 9.4.7 翻转镜的使用
NjbwGcH%\ 9.5 超连续白光
.AXdo'&2i 9.5.1 白光产生简介
,E&Bn8L~O 9.5.2 白光产生条件
Y[Es 9.5.3 白光的色散与色差
;;@IfZ ?j 9.6 实验检错
eK9TAW 9.7 其他测量方法
Qu`n& 9.7.1 锁相放大器
VMx%1^/( 9.7.2 门积分平均器
3wZ(+<4i 9.7.3 电荷耦合器件
X:Q$gO?[4 参考文献
Y&s2C%jT 第10章 奇异值分解及全局拟合数据处理方法
L!g DFZr 10.1 方法简介
cS}r9gaQ 10.2 数据矩阵的准备
[G a~%m 10.3 奇异值分解的计算
27>a#vCT 10.4 组分的选择方法
@&5 A&( 10.5 物理模型的建立
Ivsb<qzG 10.6 全局拟合
a"QU:<-v 参考文献
+3Y!xD?= 第11章 荧光的偏振性与荧光发射的各向异性
+e'X; 11.1 荧光偏振状态的表征(偏振比和发射各向异性)
!h>D;k6 e 11.1.1 线性偏振光激发
{7X#4o0 11.1.2 自然光激发
NY@"&p'Q 11.2 瞬时和稳态各向异性
0N{+y}/G 11.2.1 瞬时各向异性
.B>B`q;B 11.2.2 稳态各向异性
u?kD)5Nk 11.3 各向异性的加和法则
@rO4y` 11.4 发射各向异性与发射跃迁矩角分布之间的关系
^Gq5ig1rxy 11.5 分子固定不动取向随机分布的情形
J3G7zu8 11.5.1 吸收跃迁矩和发射跃迁矩相互平行的情形
^YKy9zkTl 11.5.2 吸收跃迁矩和发射跃迁矩非平行的情形
RZO5=L9E 11.6 转动布朗运动效应
uUG*0Lj 11.6.1 自由转动
YX*0?S 11.6.2 受阻转动
6^;^rUlm 11.7 应用
m"Qq{p|' 参考文献
bD<qNqX$ 第12章 超快荧光测量技术
-4flV D 12.1 超快荧光测量技术简介
8Mu;U3cIW 12.2 荧光上转换技术
:
,p||_G& 12.2.1 相位匹配
B!b sTvX 12.2.2 光谱带宽与群速失配
)47MFNr~> 12.2.3 荧光上转换实验
] TSg!H 12.3 光克尔门技术
1zjaR4Tf 12.3.1 光克尔荧光技术原理
%jEY3q 12.3.2 光克尔荧光技术实验
=XT)J6z^" 12.4 荧光非共线光参量放大技术
xMI+5b8 12.4.1 光参量放大基本原理
K)S;:MLG= 12.4.2 荧光光参量放大系统的基本构成
bU`=* 12.4.3 数据采集系统
s-k_d< 12.4.4 荧光收集系统
frN3S 12.5 荧光放大光谱的失真与矫正
X
\f[ 12.5.1 影响光谱增益的因素
4DLq}v 12.5.2 理论与实验的对比
-[R!O'N9 12.5.3 光谱失真的解决方法
VXm[- 参考文献
!gH9 ay 第13章 飞秒激光脉冲性质表征方法
?t rV72D 13.1 飞秒激光脉冲
>t3'_cBC! 13.1.1 激光脉冲的数学表示
6:?rlh 13.1.2 脉冲波形与脉冲宽度
j7
d:v7+_ 13.1.3 色散、啁啾及其对脉冲宽度的影响
}q!_!q,@ 13.1.4 载波位相
0xpx(T[ 13.1.5 相速和群速
7zDiHac 13.1.6 波前及波前倾斜
0mexF@ 13.2 激光脉冲脉宽测量方法
:?CQuEv- 13.2.1 自相关方法
NQ9Ojj{# 13.2.2 频率分辨光学开关方法
E'c%d[:H, 13.2.3 光谱位相相干电场重建方法
-2i\G .,J 13.3 脉冲激光载波位相及波前倾斜测量
l#bAl/c` 13.3.1 光谱干涉仪及载波位相的测量
u+D[_yd^ 13.3.2 波前倾斜测量
Ct]A%=cZW 13.3.3 非共线光参量放大的相速、群速匹配条件
/\=MBUN 参考文献
[VSU"AJY 第14章 脉冲升温-纳秒时间分辨中红外瞬态吸收光谱
v-`h>J!Nx 14.1 引言
jm3G?Vnq 14.2 溶剂水(重水)的脉冲升温
0^~\COa 14.3 纳秒脉冲升温典型激光光源介绍
6EJVD!#[K 14.3.1 高压气体拉曼频移池
1S$h<RIPAc 14.3.2 Ho:YAG脉冲激光器
(/h5zCc/v 14.4 红外探测光源
w([$@1] 14.4.1 一氧化碳激光器
[@"wd_f{l 14.4.2 红外单色仪定标
>UHa 14.5 信号探测及数据采集系统
'C?NJ~MN 14.6 数据采集系统的改进
#[ -\lU| 14.7 温度定标
A0xC,V~z 14.8 红外实验蛋白样品处理方法
j@1)K3Hga 14.9 脉冲升温-时间分辨中红外瞬态吸收光谱应用实例
%<Q*Jf 14.9.1 细胞色素C热稳定性研究
$'"8QOnJ?k 14.9.2 二硫键异构酶(DsbC)生物学异常活性研究
~}% ~oT 参考文献
1u}nm;3 第15章 噪声与微弱信号测量
oRq!=eUu_ 15.1 信噪比
ohQAA h 15.2 噪声的种类、来源以及相应的减噪措施
xxa} YIe8 15.3 随机噪声
qv+R:YYOq 15.3.1 随机噪声的正态分布
.T.5TMiOSq 15.3.2 典型随机噪声的频谱特性
G&9#*<F$c 15.3.3 噪声的时域特性:脉冲噪声、起伏噪声
\ijMw 15.3.4 等效噪声带宽
?o[L7JI 15.4 电子仪器的固有噪声
%_gho 15.4.1 热噪声
S~F` 15.4.2 温漂的影响
p!W[X%`) 15.4.3 散粒噪声
.~klG&>aV 15.4.4 接触噪声
sR_xe}- 15.4.5 放大器级联时的噪声
!3}deY8;# 15.5 外部干扰噪声及其抑制
R+=a`0_S 15.5.1 外部干扰的途径
-50AX1h31: 15.5.2 传导干扰的抑制
:tGYs8UK 15.5.3 公共阻抗耦合干扰的抑制
vR hnX 15.5.4 空间耦合干扰的抑制
]tt} # 15.6 相敏检测技术
3|kgTB- 15.7 纳秒量级时间分辨实验中电磁干扰屏蔽举例
30F!kP*E 参考文献
\7Cg,Xn 第16章 接口及计算机控制简介
+=3CL2{An 16.1 常用仪器通信接口
\m/xV/ 16.1.1 串行接口
&__DJ''+ 16.1.2 并行接口
0SV \{]2 16.1.3 GPIB/IEEE488接口
i~yX tya 16.1.4 Ethernet接口
\t.}-u<7{ 16.1.5 USB接口
RKkGITDk 16.2 常用仪器控制编程
软件 <94G 16.2.1 Visual C
{aj/HFLNY 16.2.2 Visual Basic
z&+
zl6 16.2.3 LabVIEW
=@r--E 16.3 常用接口编程示例
i|$z'HK;+ 16.3.1 Visual Basic串口编程
TI9X.E? 16.3.2 Visual Basic并口编程
S GcBmjP 16.3.3 LabVIEW串口编程
OtUrGQP 16.3.4 LabVIEW GPIB编程
}ot"Sx\. 参考文献