传统光谱术与新型激光非线性光谱术：非线性光学与光子学

在激光技术出现以前，传统的光谱学方法主要有发射光谱学、吸收光谱学、荧光光谱学、散射光谱学等几种。发射光谱学，通常是指利用加热、放电、燃烧、射线辐射等方式激励待测样品以研究它们的发射光谱特征。其特点是大量能级被同时激发，故发射光谱复杂并常有连续谱带或光谱背底（热辐射贡献）。吸收光谱学，通常是指利用辐射光谱分布特征已知的探测光束通过待测样品，以研究它们在不同光谱区的选择吸收特征。其特点是在明亮的透过光谱背底上出现一些特定的暗的吸收谱带或谱线。荧光光谱学可看成是发射光谱学中的一种特殊种类，通常它专门指以准单色光或特殊的气体放电对待测样品的特定能级进行选择激励，进而研究激发粒子由一些特定高能级向较低能级的发光跃迁行为。其特点是荧光光谱比较简单，通常没有热辐射连续光谱背底，具有一定的发光弛豫时间特性。散射光谱学是指利用单色入射光的拉曼散射、瑞利散射、布里渊散射等效应来研究待测样品的有关光谱特征。

以上所述的一些传统光谱学方法，尽管在很多方面取得了不少成效并成功地用于近代科技领域的各个方面，但它们的进一步应用和发展曾经受到一定（有些是根本性）的限制，这主要表现在这些方法的光谱分辨率不高、光谱分析的选择性很差、分析灵敏度和效率比较低、对样品发光过程的时间和空间分辨率也十分有限。

光谱分辨率，定义为比值v0/（δv）或λ0/（δλ），这里δv和δλ是可被分辨的两条窄谱线的最小频率间隔和波长间隔，而v0和λ0为两谱线的平均频率和波长值。传统光谱学方法的低光谱分辨率，主要是由它们所采用的传统光谱分光记录仪器的分辨本领所决定的，最好的光栅光谱仪和法布里珀罗（F-P）干涉分光仪的光谱分辨率，一般分别在105和106量级左右。而传统光谱学方法的其他局限性，则主要是由当时所采用的作为光谱激励（或探测）源的普通光源的低单色性、低亮度和波长不能进行调谐等缺点所决定的。例如，在进行某些十分微弱的发光光谱或拉曼散射光谱照相分析时，为获得可用的光谱照片，曝光过程往往要求几小时甚至更长的时间。激光技术的出现，在整个光谱学技术领域内，引起了根本性的变革和飞跃式的发展。利用高单色、高定向、高亮度、可调谐和超短脉冲的激光器作为激励源和探测手段，不但从根本上排除了传统光谱学技术所受到的种种限制，使其获得新的发展，而且更有深远意义的是，它还向人们提供了一系列具有更巧妙性能的全新的光谱学技术。这些新型光谱学技术的工作原理，分别是基于不同的非线性光学效应（如饱和吸收、双光子吸收、相干拉曼过程等），因此也被称为非线性光谱术［1～4］。(www.xing528.com)

与传统光谱学技术相比，以使用激光为基础的各类非线性光谱术所能提供的光谱分辨率，可有多个数量级的提高。此外，它们还具有分析灵敏度高（甚至可探测到单个原子或分子）、光谱选择性好（可对任意指定能级进行选择激发或探测）、时间分辨力强（可研究高速动态光谱过程）、空间分辨力高（可对待测样品不同区域进行选择取样分析）、分析迅速以及在很多情况下可省却传统光谱分光仪器而进行自动分光（调谐）同步扫描等宝贵特点。