術(shù)語“光譜學(xué)”表示利用光與物質(zhì)相互作用的方法。通常，某些相互作用的強(qiáng)度是作為波長或頻率的函數(shù)來測量的；即光譜起著重要作用。 @Fv"j9j-3G  
本文僅涉及光譜學(xué)；還有各種其他領(lǐng)域，例如粒子光譜學(xué)。 yhhW4rz  
光譜學(xué)的目的通常是檢測某些物質(zhì)或測量它們的特性。例如，氣體光譜學(xué)通常用于測量氣體的濃度或氣體的溫度。在其他情況下，物質(zhì)的已知特性被用于某些目的，例如用于實(shí)現(xiàn)光頻標(biāo)。有時(shí)使用光譜測定法代替光譜學(xué)一詞，是為了強(qiáng)調(diào)以定量方式測量某些量。 #+I)<a7\  
存在多種不同的光譜方法；本文只能提供課程概述。許多現(xiàn)代光譜方法涉及一個(gè)或多個(gè)激光器，因此被稱為激光光譜法。由于激光器在時(shí)空相干性、窄線寬和波長可調(diào)性、光功率（特別是峰值功率）、超短脈沖等方面具有巨大潛力，自從激光出現(xiàn)以來，光譜學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)大大拓寬。甚至在此之前，光譜學(xué)就已經(jīng)為許多現(xiàn)象提供了寶貴的見解。例如，在地球上發(fā)現(xiàn)氦之前，研究人員能夠研究太陽的內(nèi)部并在那里發(fā)現(xiàn)氦。 >1 {V  
另請參閱有關(guān)激光光譜學(xué)和激光吸收光譜學(xué)的更具體文章。 ^vw? 4O  
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利用光的物理效應(yīng) 2mg4*Y
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光的吸收 %%5K%z,R#  
光與物質(zhì)之間的不同相互作用可以在光譜學(xué)中利用。最常用的相互作用是光的吸收（→吸收光譜）。例如，原子和分子表現(xiàn)出不同的吸收特征，因此如果測量吸收與波長的關(guān)系，則可以輕松地區(qū)分不同的原子或分子。特別是在中紅外光譜區(qū)域，分子具有與其振動和旋轉(zhuǎn)模式相關(guān)的相對強(qiáng)且窄的吸收線。這使得人們能夠以非常高的靈敏度檢測多種物質(zhì)。一個(gè)應(yīng)用示例是檢測微小濃度的空氣污染物。 #z$FxZT<b  
由于分子可以具有許多不同的吸收線，其中一些吸收線對于不同的物種可能重疊，因此單條吸收線的檢測通常不足以區(qū)分不同的分子。然而，記錄一些足夠?qū)挼牟ㄩL范圍的吸收光譜通常會產(chǎn)生清晰的光譜指紋。人們還可以區(qū)分不同的同位素。 HIM>%   
中紅外光譜區(qū)域?qū)τ谠S多氣體（例如空氣污染物）的敏感光譜非常理想。不幸的是，中紅外激光源通常不如近紅外激光源強(qiáng)大和/或更復(fù)雜和昂貴。例如，可以在非線性晶體材料中應(yīng)用差頻生成，需要兩個(gè)輸入波長并且通常導(dǎo)致相當(dāng)?shù)偷墓夤β省Ｆ渌�挑�?zhàn)是獲得在長波長下具有高透射率的光學(xué)材料以及靈敏的光電探測器更加困難。因此，人們經(jīng)常利用其他方法，例如對應(yīng)于較短波長的較高光學(xué)頻率的吸收線，其中更容易實(shí)現(xiàn)合適的激光源并且可以獲得更好的光電探測器（在極端情況下，甚至用于光子計(jì)數(shù)）。然而，這種方法吸收帶較弱，因此常常導(dǎo)致較低的靈敏度。
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吸收測量通常使用分光光度計(jì)進(jìn)行。此類儀器可以覆蓋較大的波長范圍并提供相當(dāng)高的波長分辨率。然而，它們只能利用介質(zhì)中非常有限的傳播長度，因此不適用于吸光度非常低的物質(zhì)。 [}-CXB  
如果光的通過長度相應(yīng)增加，則低吸收系數(shù)仍然可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度。因此，人們使用多通道氣體池，可以在相對緊湊的池中實(shí)現(xiàn)長路徑長度。然而，只有當(dāng)光具有相對較高的空間相干性時(shí)，該原理才允許大量通過。因此，多通道吸收池與激光結(jié)合使用最為有效。 P4@<`Eb  
激光吸收光譜還具有波長分辨率顯著提高的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榧す馄鞯木�寬可以遠(yuǎn)小于光譜儀的分辨率。分辨率提高的一個(gè)受歡迎的副作用是窄帶吸收特征的靈敏度也大大提高。 &.~Xl:lq  
還有一些諧振技術(shù)，其中使用無源光學(xué)諧振腔內(nèi)的吸收（例如腔衰蕩光譜）或激光諧振腔內(nèi)的吸收（腔內(nèi)激光吸收光譜）。在后一種情況下，例如可以使用寬帶光纖激光器，其中在施加短泵浦脈沖之后檢測輸出光譜一段時(shí)間。即使吸收特征很弱，也可能導(dǎo)致測量光譜明顯下降，因?yàn)樵撐�收適用于許多后續(xù)的諧振器往返過程。 RKB--$ibj  
光譜學(xué)不僅適用于微觀粒子，還適用于光學(xué)諧振器等宏觀物體。例如，高精度穩(wěn)定的光學(xué)諧振器可以用作光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)并用光譜方法進(jìn)行探測。 $Pv;>fHu  
吸收的其他影響 =iF}41a  
通常，測量到的光譜效應(yīng)是由于吸收而導(dǎo)致的光功率降低。然而，還有其他可能性。例如，在光聲光譜中，人們利用從功率調(diào)制源吸收光來產(chǎn)生聲音。吸收的光會產(chǎn)生一些熱量，從而導(dǎo)致氣體膨脹，從而產(chǎn)生聲波，可以用靈敏的麥克風(fēng)檢測到。 CvDy;'{y1  
光的發(fā)射或散射 EA_6L\+8&  
物質(zhì)也可以被激發(fā)以發(fā)射或散射具有特征的光。通過簡單的加熱或陽光照射，這已經(jīng)成為可能。例如，衛(wèi)星上的光譜儀可以記錄來自地球表面的散射光的光譜，以區(qū)分巖石、植物、湖面等。 'Pyeb`AXE9  
在天文學(xué)中，人們分析來自遙遠(yuǎn)恒星和星系的光譜，其中包含溫度、化學(xué)成分、運(yùn)動速度等信息。在實(shí)驗(yàn)室中，人們經(jīng)常使用氣體放電來激發(fā)原子或分子，使它們輻射光。