第30卷，第2期 2010年2月
青学与光谱
分
光谱
析
Spectroscopy and Spectral Analysis
NO分子光声光谱的理论分析
张贵银，靳一东
华北电力大学数理系，河北保定
071003
Vol.30,No.2.pp297-300 February,2010
摘要采用拉普拉斯变换严格求解二能级系统光与物质相互作用的速率方程，获得了强激光诱导气体分子系统光声信号的解析表达式。结果显光声信号的大小与样品分子的吸收截面、激发光强度、分子共报跃迁吸收的光子数、分子碰撞弛象速率等因素有关。借助于光声信号随激光强度的变化关系，将NO分子在 420.0~470.0nm波长区间的激光诱导光声光谱归烟于NO分子经X?Ⅱ-→+A2的双光子激发跃迁及X2Ⅱ-E"Z，FZ，R"Z的三光子激发跃迁，由此获得NO分子A"E，E"，F"和R"激发电子态的振动常数分别为2346，2342，2397和2381cm"，结果与采用其他方法测量的结果符合得较好。并对光声信号随缓
冲气压升高而出现饱和的现象进行了理论解释。关键调
激光光谱学；光声光谱；二能级；NO；缓冲气体
中图分类号：0433.5
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2010)02-0297-04
1多光子光声信号的解析表达式
光声光谱技术是光谱学的一个重要分支，它其有灵敏度高、样品无需预处理、样品无损和可测光谱范围广等特点，在气体成分分析、固体定量分析、化学及生物医药研究、环境监测等科学研究和检测领域得到广泛应用(-")。理论估算光声技术可检测出10-13cm""的弱吸收["]，因此光声光谱技术成功解决了传统光谱方法不易解决的间题，成为科学研究中十分重要的检测和分析手段。将光声谱技术应用于痕量气
体的分析检测
，主要基于气体分子对激发光能量的吸收及受
激分子的碰撞弛豫过程，检测灵敏度与样品分子特性、样品气压、激发源特性、麦克风的灵敏度等内索密切相关，理论
现光声信号的大小与激发光强度星线性关系变
和实验均发
化[9，但此结论仪适用于样品分子的单光子激发过程，当
态能量和基态能量相差较大，而激发光波长在
样品分子激发态
可见区时，分子往往通过多光子过程实现受激跃迁，此时光
一非线性过程实现，本文采用拉普拉斯变
声信号的激发通过
换严格求解二能级系统光与物质相互作用的速率方程，获得了该非线性过程光声信号的解析表达式，以此为基础，对大气污染物NO分子在420.0~470.0nm波长区间的激光诱导光声光谱进行了理论分析，发现实验和理论结果符合得较好，所得NO分子激发电子态的振动常数与其他测量方法结果一致。
收稿日期：2009-02-06，修订日期：2009-05-10
设气体分子初始处于基态1>，吸收光辐射从基态跃迁到激发态2>，受激分子可通过自发辐射、受激辅射、碰撞豫过程退激发，如图1所示。假定激光与分子束交叉区域分子数密度均勾分布，由此可得激光和分子相互作用期间分子数变化的速率方程
=-o Im+olfm+kgm+k,nm
(1)
p
dnz
2 oIrm (oI +ky +k,)n p
n+ n= no
初始条件为：[=0时，m=n，n=0。
(2)(3)
式中n，n和n分别为光和分子相互作用区域处于基态、激发态的分子数密度和总样品分子数密度；の为基态分子吸
2 >
o
1
o
Fig, 1Schematic diagram of two energy-level
system with resonance excitation
基金项目：国家自然科学基金项目（10647130)和华北电力大学博士科研基金项目（200612003)资助作者简介：张费银，女，1965年生，华北电力大学数理系教授
e-mail; gyzhang65@yahoo, com, cn
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