10、气体高分辨率傅里叶变换光谱学：原理、应用与趋势

气体高分辨率傅里叶变换光谱学：原理、应用与趋势

在分子气体研究领域，高分辨率光谱学是一项至关重要的技术。本文将深入探讨高分辨率傅里叶变换光谱学（FTS）在气体研究中的应用，包括其原理、实验方法、应用案例以及未来发展趋势。

高分辨率光谱学概述

高分辨率光谱学主要关注分子气体振动的旋转精细结构。在通常的低压条件下，振动 - 旋转光谱由许多单独的谱线组成，这些谱线大多受多普勒效应的影响。高分辨率光谱指的是记录的谱线主要由多普勒限线轮廓决定，而非仪器线形状函数。例如，在 5000 cm⁻¹（2 µm）区域，使用低压力气体吸收和大约 5 到 10 × 10⁻³ cm⁻¹ 的仪器分辨率可以实现这一目标。

激光光谱学和傅里叶变换光谱学是现代且互补的研究工具，它们都为气体高分辨率振动光谱学领域做出了巨大贡献。本文将重点介绍傅里叶变换光谱学（FTS）的相关成果。

高分辨率振动光谱的特征

高分辨率振动光谱在吸收和发射方面具有一些共同特征。以典型的单光束 FT 红外光谱（如图 1 所示，为 3 µm 区域的 CH₄ 吸收光谱）为例，我们可以观察到以下特点：
- 仪器的波数相关传输 ：在 2400 cm⁻¹ 处到达探测器的光子通量几乎是 3200 cm⁻¹ 处的三倍。这种光谱轮廓主要是由光源、干涉仪传输、探测器灵敏度、用于限制测量光谱域的光学滤波器以及记录干涉图信号的检测技术共同作用的结果。不过，这种相对平滑的轮廓在从每个单吸收线提取参数时可能不会造成太大麻烦，因为参数提取是相对于局部背景进行的。由于在任何傅里叶变换光谱中噪声通常是恒定的，具有相同强度的吸收线的信噪比（S/N）将与其周围背景水平成正比。为了获得平