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光谱分析与整形
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光谱分析与整形

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每种原子/分子都有自己特有的特征光谱谱线,就像人的“指纹”一样,通过识别和测量这些特征谱线可以鉴别物质的化学组成和相对含量,这种方法叫做光谱分析。光谱分析方法有发射光谱分析、吸收光谱分析和散射光谱分析等几种,具有快速、实时、准确、高灵敏度等优点,能从物质中检测到含量低于纳克量级(10的负10次方)的微量元素或成分,在科学技术、工业制造、半导体、环境、农业、医学、航天、军事等各个领域均有广泛应用。例如,历史上很多新的元素,例如,利用光谱分析方法首次发现了十多种稀土元素和五种惰性气体元素;检查高纯度半导体材料硅和锗的杂质含量;检查食品的农药或者重金属残留等等。光谱分析技术水平甚至被认为是一个国家整体技术实力的重要标志,是全球竞争力的重要组成部分。
 
光谱分析是一种很成熟的技术,通常被分析的信号光束通过一个狭缝,光束准直后进入一个光栅,光栅把光信号的各个频率成分分解出来,不同频率的光按照不同的方向输出到线阵CCD或者光电探测器上进行检测,从而把不同频谱的光强度检测出来。
 
在传统光谱分析中,采用分光元件搭配线阵CCD是最常见的实现方式,其性能往往受限于线阵CCD的灵敏度和噪声。为了克服这些缺陷,一种常用的方法是采用旋转分光元件搭配单点探测器,由于单点探测器的光学探测性能较线阵CCD有明显优势,具有更高的灵敏度和信噪比(SNR),光谱分析性能可以得到显著的提升,代价是要求分光元件机械控制系统非常精密和可靠。采用空间光调制器搭配一个单点探测器的光谱分析技术是一个全新方法,既保留了单点探测器的优势,又避免了采用复杂的机械系统,克服了之前光谱分析方法中的很多限制,提升光谱分析性能。在基于单点探测器的系统中,可以使用更大的单元素探测器以提高采光量,同时降低了系统成本和复杂度,实现全固态、小尺寸、高可靠和高性能的光谱分析。
 
超短超强脉冲激光器技术已经进入工业制造、生物医学等很多领域,脉冲功率密度不断提高。超短激光脉冲在时域上压缩得越短,其频谱就会展开很宽,带来的一个问题是:由于固体激光放大器的带宽有限,在对激光信号进行放大时,脉冲频谱的中心增益高,而边缘得不到足够的放大,最终脉冲频谱会变得越来越窄,这就是增益窄化效应,使得激光脉冲不能充分利用放大介质的增益带宽,脉冲宽度难以压缩,限制了脉冲激光光功率密度的进一步提高??占涔獾髦破髂芄欢月龀迤灯鬃鋈我獾恼?,有效克服增益窄化问题,提高脉冲激光器品质和性能。

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