[科普中国]-分时光谱

分时光谱是指发光弛豫过程中各个时刻的光谱分布。处于激发态的发光体在撤除激发源后，将发生从激发态到基态的过渡，是一种弛豫过程。这种弛豫过程常可采取不同的中间途径。这些途径上的弛豫速度也常不同，所以在不同时刻的发光光谱就有差别。

简介主要测发光衰减中的分时光谱，一般采用重复脉冲激发，可以光激发或其他方式。调节从激发终止到取样测量的时间间隔(延迟)，并选择时间足够短的取样门。光谱波长的扫描速度要低于重复激发的速度。产生激发的脉冲、时间延迟及取样方法视所待测弛豫过程的快慢可有不同的选择。大致可以分为毫秒、微秒、纳秒、皮(10-12)秒及飞(10-15)秒几个范围。对于毫秒附近的过程，可以使用双层窗口错开的转盘（通称磷光镜），把激发和测量的时间拉开。调节激发窗口及测量窗口之间的角度，并改变斩光转盘的转速，即可得到不同的时间延迟。取样时间的长短取决于窗口的大小。在纳秒、皮秒及飞秒量级，最理想的光源是脉冲激光，既可得到比弛豫过程短很多的短脉冲，又可得到很高的激发密度,还可以避免杂散光的干扰。1

作用分时光谱可以提供如下的信息：①电子跃迁的弛豫过程；②两类中心之间的能量传递；③可以测出过热发光中点阵或分子振动的弛豫过程，利用其他光学信息，例如喇曼散射或反射研究粒子之间的相互作用，例如热电子之间、激子之间或其他元激发之间的相互作用的分时光谱，还可追踪材料结构的快速变化，例如在激光退火中表面结构的变化等。

光谱光谱：是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色，譬如褐色和粉红色。

光波是由原子运动过程中的电子产生的。各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所以它们发射的光波也不同。研究不同物质的发光和吸收光的情况，有重要的理论和实际意义，已成为一门专门的学科——光谱学。分子的红外吸收光谱一般是研究分子的振动光谱与转动光谱的，其中分子振动光谱一直是主要的研究课题。

原理复色光中有着各种波长（或频率）的光，这些光在介质中有着不同的折射率。因此，当复色光通过具有一定几何外形的介质（如三棱镜）之后，波长不同的光线会因出射角的不同而发生色散现象，投映出连续的或不连续的彩色光带。

这个原理亦被应用于著名的太阳光的色散实验。太阳光呈现白色，当它通过三棱镜折射后，将形成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫顺次连续分布的彩色光谱，覆盖了大约在390到770纳米的可见光区。历史上，这一实验由英国科学家艾萨克·牛顿爵士于1665年完成，使得人们第一次接触到了光的客观的和定量的特征。2

分类按波长区域

在一些可见光谱的红端之外，存在着波长更长的红外线；同样，在紫端之外，则存在有波长更短的紫外线。红外线和紫外线都不能为肉眼所觉察，但可通过仪器加以记录。因此，除可见光谱，光谱还包括有红外光谱与紫外光谱。

按产生方式

按产生方式，光谱可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱。

有的物体能自行发光，由它直接产生的光形成的光谱叫做发射光谱。

发射光谱可分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱和连续光谱。线状光谱主要产生于原子，由一些不连续的亮线组成；带状光谱主要产生于分子由一些密集的某个波长范围内的光组成；连续光谱则主要产生于白炽的固体、液体或高压气体受激发发射电磁辐射，由连续分布的一切波长的光组成。

在白光通过气体时，气体将从通过它的白光中吸收与其特征谱线波长相同的光，使白光形成的连续谱中出现暗线。此时，这种在连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱被称作吸收光谱。通常情况下，在吸收光谱中看到的特征谱线会少于线状光谱。

当光照射到物质上时，会发生非弹性散射，在散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外，还有比激发光波长长的和短的成分，后一现象统称为拉曼效应。这种现象于1928年由印度科学家拉曼所发现，因此这种产生新波长的光的散射被称为拉曼散射，所产生的光谱被称为拉曼光谱或拉曼散射光谱。

按产生本质

按产生本质，光谱可分为分子光谱与原子光谱。

在分子中，电子态的能量比振动态的能量大50～100倍，而振动态的能量又比转动态的能量大50～100倍。因此在分子的电子态之间的跃迁中，总是伴随着振动跃迁和转动跃迁的，因而许多光谱线就密集在一起而形成分子光谱。因此，分子光谱又叫做带状光谱。

在原子中，当原子以某种方式从基态提升到较高的能态时，原子内部的能量增加了，原子中的部分电子提升到激发态，然而激发态都不能维持，在经历很短的一段随机的时间后，被激发的原子就会回到原来能量较低的状态。在原子中，被激发的电子在回到能量较低的轨道时释放出一个光子，也就是说这些能量将被以光的形式发射出来，于是产生了原子的发射光谱，亦即原子光谱。因为这种原子能态的变化是非连续量子性的，所产生的光谱也由一些不连续的亮线所组成，所以原子光谱又被称作线状光谱。3

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学