【正文】 Excitation Start Stop t1 t2 V1 V2 f(t)=(1/?)et/? V=(I/C)t Multichannel Analyzer 。 多次激發(fā)后 , 各道中的計數(shù)是第一個光子出現(xiàn)在不同時間間隔內次數(shù)的統(tǒng)計 , 讀出每一道的計數(shù)就得到了衰減曲線 。 這樣 , 電容上的電壓與從開始到停止的時間間隔 , 也就是第一個光子出現(xiàn)的時間成正比 。 這個轉換器的原理是對電容恒流充電 , 電容上的電壓正比于充電時間 。 用這個原理測量衰減曲線或時間分辨光譜的方法稱為延遲符合法 (delayed coincidence method)。 在測量時間分辨光譜時，這個延遲時間是固定的，而在測量衰減曲線時，由一個可變延遲發(fā)生器產生取樣信號，每一個取樣信號的延遲時間都比上一個滯后一些。 脈沖光源激發(fā)的樣品，發(fā)光由光電倍增管接收，光電流信號先經前置放大器放大，然后被取樣，經積分器積分并保持到下一次取樣信號到來，抑制噪聲的功能由積分器實現(xiàn)。 為減小暗電流計數(shù)的影響 , 光光電倍增管通常需要冷卻 。 用計數(shù)器測量確定時間 (由時基電路產生 )內脈沖的個數(shù) , 輸入計算機處理或經數(shù) /模變換后由記錄儀記錄 。如，光電倍增管為探測器時， lockin可以提高信噪比 108倍。這時，讓 E再通過一個低通濾波器，將 2?、 和 ??中的高頻 成分濾掉，而只剩下直流分量和噪聲帶寬Δ ?’內的分量，其噪聲均被抑制，輸出為： E=1/2Es0Er0cos(Δ?’t+j) =1/2Es0Er0[cos(Δ ?’t)cosj sin(Δ ?’t)sinj] 分析上式，由與時間有關的低頻交流分量和與時間無關的直流分量組成。 簡單起見，設： Es=Es0cos[(?+Δ ?)t+j] Er=Er0cos(?t) 式中， ?＝ 2?f ，斬波器的角頻率， f，斬波頻率； Δ?為噪聲的頻率加寬； j為初相角。 相敏檢波器－－一個模擬乘法器， LockIn的核心。 參考通道－－給出參考信號和相位鎖定信號。這樣只有被鎖定在某個頻率內的確 定相位上的光譜信號和噪聲才被放大，其通頻帶比選頻放 大要窄幾個數(shù)量級，等效噪聲帶寬可達 ，能十分 有效地抑制噪聲。由于選頻放大器的通頻帶仍相當寬，抑制噪聲的 能力有限，因此發(fā)展了鎖相放大技術。 低通濾波器 選頻測量能有效地抑制系統(tǒng)中的背景噪聲，提高信噪比。鎖相放大器基于這個原理，用相敏檢測抑制與參考信號不相關的噪聲 , 只把與之相關的信號放大 , 這樣 , 就可以檢測出掩沒在噪聲中的信號。 三、相關檢測－－計算相關函數(shù)的儀器原理 自相關檢測 乘法器 平均器 延時 Vi(t) R(?) Vi(t) = s(t) + n(t) 輸入 信號 噪聲 )()()()( )()(21lim)(??????nnnssnssTT iiTRRRRdttVtVTR??????? ?????由前述，信號 s(t)與噪聲 n(t)不相關，并且噪聲的平均值為零， 因此，對于充分大的 ?，可得： )()( ?? ssRR ? 它只包含了 s(t)的某些信息。互相關函數(shù)的波幅與原波波幅和相位差都有關。 如果兩個函數(shù) (過程 )的發(fā)生互相完全沒有關系 (如信號與隨機噪聲 )，則它們的互相關函數(shù)將是一個常數(shù)，等于兩個函數(shù)的平均值的積，若其中一個函數(shù) (如噪聲 )的平均值為零，互相關函數(shù)恒為零。 二、互相關函數(shù) 兩個函數(shù) x(t)和 y(t)的互相關函數(shù) Rxy(?)定義為： dttytxTR TTTxy)()(21l i m)( ?? ??? ? ????它可以描述 t 時刻的 x(t) 和 t? 時刻的 y(t)之間的相關程度。 噪聲是非周期函數(shù)。即， R(?)的基波和諧波只與 x(t)的基波 和對應諧波的幅度有關。 一、自相關函數(shù) 函數(shù) x(t)的自相關函數(shù) Rxx(?)定義為： dttxtxTR TTTxx)()(21l i m)( ?? ??? ? ????自相關函數(shù) Rxx(?)是 t時刻的 x(t)在此時刻以后能夠持續(xù)多長 時間的度量，通常記為： R(?) 自相關函數(shù)的重要性質： R(?)=R(?)；偶函數(shù) R(?) ? R(0)； 若 x(t)是一個平穩(wěn)隨機過程，由各態(tài)歷經定理，則： )()0( 2 txR ?若 x(t)為周期函數(shù)，則 R(?)是具有相同周期的函數(shù)。 存儲信號的讀出速度最高可達到數(shù) MHz。 光柵單色儀使用的一維陣列有 1024/2048個單元 , 間隔小于 25mm。 目前二極管陣列的最高分辨率已接近感光膠片 , 但數(shù)據(jù)處理比較復雜以及價格較高仍是它被廣泛使用的主要障礙 。 優(yōu)點：分辨本領高；測量時間短；受干擾??；信噪比高； 結構簡單。譜密度函數(shù)它的逆變換可以給出光余弦變換，的是＝????0c os)()( ??? tdtfF余弦 Fourier變換 :若 f(t)是偶函數(shù)，且 ????0c os)(2)( ????tdFtf則，稱 F(?)為 f(t)的余弦 Fourier變換，式子 稱為 F(?)的余弦 Fourier 逆變換。=[N/(mN+1)]a(sinasinb) 與極大值處波長的差為 ??=???39。非單色光入射時，由于干涉，在很寬的頻譜范圍內只有某些特定的波長通過。如，腔內倍頻激光器的輸出鏡。一般帶寬為 10納米左右。 ? 濾光片 利用材料本身的光譜透過特性對透過光的頻譜進行選擇，如截止濾光片。特點是光的損耗比較小，成本較低，如使用 NaCl 三角棱鏡。 ? 7. 光敏電阻（光導管） 隨著光照強度不同阻值發(fā)生變化的器件。原理：利用半導體熱電材料制成的器件，受輻射的一端溫度升高，由兩端的溫差產生電位差。應用非常廣泛。 ? 放大倍數(shù)高，一般有 105 倍，可達 1010倍。 G + ?? Se 鋼片 透明電極 引出電極 絕緣層 硒光電池 + + + + + ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ p n 平衡時 + + + + + ＋ 光照時 電場方向 P (+) N () 光電二極管 ? 2. 光電管 某些金屬由于吸收了光輻射的能量后，內部電子的動能增加，如能克服表面勢壘逸出金屬，則有光電子發(fā)射，即光電效應。 2) 熒光衰減和時間分辨光譜 發(fā)光過程： (1)單分子過程 (2)雙分子過程 單分子過程 : 弱激發(fā)下的孤立中心的發(fā)光 在短脈沖弱激發(fā)下 ， 不考慮受激輻射 ， 也不考慮激發(fā)的傳遞和輸運 ， 激發(fā)態(tài)布居 N隨時間的變化由方程 dN/dt=AN， N (t=0)=N (0) 描述 ， 方程的解為 N (t)=N (0)exp(At) ? =1/A 瞬時發(fā)光強度為 I(t)= ?? dN/dt = ?? AN (t)∝ exp(At) 發(fā)光按指數(shù)規(guī)律衰減 Einstein自發(fā)輻射系數(shù) 激發(fā)態(tài)布居為 N AN dN/dt=AN N (t=0)=N (0) 0 1 2 3 4 5I(t)/I(0)Time ( At )過程發(fā)生在一個“分子”內部 雙分子過程 例如電子 — 空穴對的復合發(fā)光 電子和空穴的布居分別為 N1和 N2 dN1/dt=AN1N2=dN2/dt N2(t)N1(t)=C=常數(shù)，設 N1(t=0)=N1(0). 方程的解為 2111111)]e1()0(1[e)]0()[0()()e1()0(1e)0()(A C tA C tA C tA C tCNNCNtICNNtN???????????1(0)/C AC Cx bxaabxax dx ?????? ln1)(N1個 A N1 N2 過程發(fā)生在兩個“分子”之間 0