激光光譜學(xué)是使用激光作為光源來(lái)進(jìn)行原子、分子的發(fā)射光譜、吸收光譜以及非線(xiàn)性效應(yīng)研究的科學(xué)分支。它在激光器發(fā)明之后迅速發(fā)展，為研究物質(zhì)與電磁輻射的相互作用提供了新的視角和技術(shù)手段。
概念說(shuō)明
常規(guī)光譜學(xué)中，光譜線(xiàn)的寬度較寬，光源的強(qiáng)度較弱，限制了光譜學(xué)的深入發(fā)展。自激光器成為光譜學(xué)的研究工具以來(lái)，情況發(fā)生了突變。由于激光所具有的高亮度、單色性（相干性）、可調(diào)諧（頻率或波長(zhǎng)可變）和實(shí)現(xiàn)超短脈沖運(yùn)行的特點(diǎn)，使譜線(xiàn)的相對(duì)寬度減少了許多數(shù)量級(jí)，而激光的強(qiáng)度則是任何尋常光源無(wú)可比擬的。光譜學(xué)的面貌發(fā)生了深刻的變化。此外，激光脈沖的持續(xù)時(shí)間可以短到幾十飛秒（10－15秒）。于是，激光同原子和分子之間的相互作用顯示出了前所未有的性質(zhì)，即非線(xiàn)性和相干性。這就賦予了光譜學(xué)以各種新面貌，而形成了激光光譜學(xué)。激光光譜學(xué)具有極高的光譜分辨率及極高的探測(cè)靈敏度，能以皮秒（10－12秒）及亞皮秒的時(shí)間尺度來(lái)研究分子和凝聚體，并能以新的方式來(lái)研究光化學(xué)及光物理的問(wèn)題。這種發(fā)展不僅對(duì)自然界最深入的過(guò)程直接提供了啟迪，并且也為多種科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)拓了廣闊道路。
特點(diǎn)
激光光譜學(xué)具有以下特點(diǎn)：
1.極高的光譜分辨率。激光器可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻和窄線(xiàn)寬，頻率穩(wěn)定度可達(dá)到10－15以上，線(xiàn)寬在赫茲量級(jí)。它可作為時(shí)間、頻率標(biāo)準(zhǔn)和長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，也可實(shí)現(xiàn)消除多普勒效應(yīng)的光譜學(xué)，達(dá)到極高的光譜分辨率。利用高分辨率激光光譜方法研究原子和分子體系，可非常精確的研究和測(cè)定原子和分子的光譜數(shù)據(jù)、相互作用及相關(guān)的物理常數(shù)。
2.極高的探測(cè)靈敏度。激光的高亮度和可使其波長(zhǎng)調(diào)至被檢測(cè)物質(zhì)的吸收峰處，從而極大地提高了探測(cè)靈敏度。相應(yīng)地發(fā)展了光聲光譜、光熱光譜（含光熱偏轉(zhuǎn)光譜）、光電流光譜和電離光譜等高靈敏度光譜技術(shù)和方法，甚至可對(duì)某些單個(gè)原子和分子進(jìn)行探測(cè)。
3.極高的時(shí)間分辨率。激光器輸出脈沖寬度已達(dá)到幾個(gè)飛秒，使用飛秒激光脈沖的“泵浦–探測(cè)”技術(shù)，可研究物理、化學(xué)和生命過(guò)程中所發(fā)生的超快過(guò)程，它以飛秒量級(jí)的時(shí)間分辨率可將超快過(guò)程中各階段的發(fā)展?fàn)顩r展示出來(lái)。
4.相干和非線(xiàn)性。由于激光的高亮度，在和物質(zhì)相互作用的過(guò)程中，激光表現(xiàn)出了很強(qiáng)的非線(xiàn)性效應(yīng)，形成了非線(xiàn)性光譜學(xué)和多光子光譜學(xué)（見(jiàn)非線(xiàn)性光學(xué)）。
應(yīng)用
運(yùn)用激光光譜學(xué)方法可以深入研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、能譜、瞬態(tài)變化和它們的微觀動(dòng)力學(xué)過(guò)程（包括弛豫規(guī)律） ，由此來(lái)獲得用經(jīng)典方法無(wú)法得到的信息。
激光對(duì)高分辨光譜的發(fā)展有很大的作用，是研究原子、分子和離子結(jié)構(gòu)的有力工具，可以用來(lái)研究譜線(xiàn)的精細(xì)和超精細(xì)分裂、塞曼和斯塔克分裂、光位移、碰撞加寬、碰撞位移等效應(yīng)。此外，激光使譜線(xiàn)波長(zhǎng)的測(cè)量達(dá)到前所未有的精度。當(dāng)激光波長(zhǎng)由某個(gè)原子或分子的躍遷鎖定之后，可以提供精確的長(zhǎng)度或頻率的基準(zhǔn)。這類(lèi)激光器已成為精密測(cè)量學(xué)的重要工具，還可用來(lái)精確地測(cè)定基本物理常數(shù)并對(duì)基本物理定律進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證。
能輸出脈沖持續(xù)時(shí)間短至納秒或皮秒的高強(qiáng)度脈沖激光器，是研究光與物質(zhì)相互作用時(shí)瞬態(tài)過(guò)程的有力工具，在測(cè)定激發(fā)態(tài)壽命和研究氣、液、固相中原子、分子和離子的弛豫過(guò)程方面有極高的時(shí)間分辨能力。
在光與共振躍遷的相互作用中，還可以利用激光觀察到有趣的相干瞬變現(xiàn)象。這類(lèi)效應(yīng)包括自由誘導(dǎo)衰變、光回聲和自感生透明性等，與在微波區(qū)研究核磁共振效應(yīng)時(shí)所觀察到的現(xiàn)象有時(shí)很相似，不僅可用來(lái)測(cè)量相弛豫過(guò)程，還有助于了解光與物質(zhì)作用時(shí)的復(fù)雜性。
參考資料 >