光譜學導論

光譜學是壹門重要的交叉學科，主要涉及物理和化學，通過光譜學研究電磁波與物質的相互作用。光是壹種由各種波長(或頻率)的電磁波疊加而成的電磁輻射。光譜是通過光柵、棱鏡、傅裏葉變換等手段，將壹束電磁輻射的某種性質分析成輻射的各個組成波長對這種性質的貢獻的壹種圖形。例如，吸收光譜可以按照從低到高的波長順序列出物質在某壹波長的吸收程度。隨著科技的發展，光譜學涉及的電磁波波段越來越寬，從皮米波長的γ射線，到波長幾公裏的X射線、紫外線、可見光區、紅外線、微波、無線電波，都有其與物質相互作用的特征形式。根據光與物質相互作用的形式，光譜壹般可分為吸收光譜、發射光譜、散射光譜等。通過光譜研究，人們可以分析原子和分子的微觀和宏觀性質，特定化學過程的反應速率，壹種物質在空間特定區域的濃度分布等等。人們還可以利用物質的特定組成結構產生具有特殊光學性質的光譜，比如特定頻率的激光。光譜學不僅是壹門基礎科學，也是日常應用中壹種重要的定性和定量測量方法，如分析水中各種物質的含量，通過分析血液中蛋白質的含量來預防和監測疾病，利用最佳波段進行光纖通信等。自上世紀中葉發現激光以來，對光的控制達到了壹個新的階段，可以產生具有前所未有的亮度、頻率分布和時間分辨率的電磁輻射，打開了非線性光學和非線性光譜學的大門，使光譜學處於壹個全新的快速發展時期。