具体描述
《干涉成像光谱技术》介绍了成像光谱技术的产生、发展以及当今成像光谱技术的前沿领域与最新研究动态，论述了干涉成像光谱技术的基础理论与基本原理，介绍了时间调制干涉成像光谱仪、空间调制干涉成像光谱仪以及时空混合调制干涉成像光谱仪的原理、探测模式及特点，并对新型偏振干涉成像光谱技术进行全面论述和深入讨论，结合科研和工程实际，对成像光谱技术的应用作了简要介绍。
《干涉成像光谱技术》可作为从事空间光学、信息遥感、空间探测、对地观测、大气测量、生命科学、环境保护等领域科研人员的参考资料，也可作为高等院校、科研院所的光学、光学工程、光信息科学与技术、信息科学、光学仪器、应用物理等专业的研究生教材，还可作为一般读者了解成像光谱高新科技发展的参考读物。
光谱的奥秘：窥探物质世界的无形之手 本书并非聚焦于“干涉成像光谱技术”这一特定领域，而是宏观地、深入地探讨了光谱学这一跨越物理、化学、天文学、材料科学乃至生命科学等诸多学科的强大工具。我们将一同踏上一段追寻“光谱”这一无形之手如何揭示物质本质、洞察宇宙奥秘的探索之旅。 第一章：光谱的诞生与演化——从彩虹到量子 本章将回溯光谱学的起源，从古老时代对彩虹的迷恋，到牛顿利用三棱镜分解白光，首次揭示了可见光的多彩构成。我们将详细阐述不同类型的光谱，如连续光谱、发射光谱和吸收光谱，它们各自蕴含的信息以及在早期科学研究中的应用。 可见光谱的探索： 追溯牛顿在可见光区域的经典实验，理解棱镜如何成为人类认识光本质的第一个窗口。 线状光谱的发现： 介绍夫琅和费谱线，以及早期科学家如何通过研究这些谱线与元素之间的对应关系，为元素周期表的建立奠定基础。 紫外与红外光谱的延伸： 探讨光谱范围的拓展，从可见光延伸到紫外和红外区域，以及这些区域的光谱如何反映物质的分子振动和电子跃迁。 黑体辐射与普朗克常数： 深入理解黑体辐射定律，以及普朗克提出的量子假说如何革命性地解释了光谱能量的离散性，为量子力学的诞生埋下伏笔。 原子光谱的量子化： 详述玻尔模型如何解释氢原子光谱的离散性，以及光谱学是如何成为检验和发展量子力学理论的重要依据。 第二章：光谱的语言——解读物质的“指纹” 光谱不仅仅是光的色彩，更是一种独一无二的“语言”，它以精确的波长和强度记录了物质的组成、结构、状态乃至运动。本章将深入剖析光谱信号的生成机制，以及如何通过分析这些信号来“阅读”物质的信息。 电子跃迁与吸收/发射光谱： 详细解释原子和分子中电子在不同能级间的跃迁如何导致特定波长光的吸收或发射，形成特征谱线或谱带。 分子振动与转动光谱： 探讨分子内部原子间的振动和分子整体的转动如何产生红外光谱和微波光谱，这些光谱信息与分子的结构、键强等密切相关。 拉曼散射光谱： 介绍拉曼散射现象，以及拉曼光谱如何提供与红外光谱互补的信息，对于分析对称性分子尤其重要。 核磁共振（NMR）光谱： 深入讲解NMR谱的基本原理，原子核的自旋在外磁场中受到射频脉冲激发产生的信号，如何提供关于分子结构、化学环境的丰富信息，在有机化学和生物化学领域具有极其重要的应用。 质谱（MS）与光谱的结合： 探讨质谱如何提供物质的质荷比信息，当与光谱技术结合时（如质谱-红外联用），能够实现更精准的分子鉴定和结构解析。 光谱强度与浓度的关系： 介绍比尔-朗伯定律，阐述光谱吸收强度与待测物质浓度之间的定量关系，这是光谱定量分析的基础。 光谱峰位与形状的意义： 分析光谱中峰的宽度、形状以及展宽机制，如何反映物质的动力学过程、晶格结构、杂质影响等。 第三章：光谱的视界——从微观粒子到浩瀚宇宙 光谱学的应用范围之广，几乎渗透到科学研究的每一个角落。本章将展现光谱技术如何成为我们认识微观世界和宏观宇宙的有力工具。 材料科学中的光谱应用： 表面分析： X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）等技术如何分析材料表面的元素组成和化学态，对于半导体、催化剂、薄膜材料等的研究至关重要。 结构表征： 衍射光谱（如X射线衍射XRD）如何揭示晶体结构的排列规律；拉曼光谱、红外光谱如何研究材料的晶格振动、相变等。 光学性能研究： 紫外-可见吸收和荧光光谱如何表征材料的光学带隙、发光特性，对于LED、太阳能电池、光学传感器等材料的设计与优化提供指导。 化学分析中的光谱应用： 定性与定量分析： 利用原子吸收光谱（AAS）、原子发射光谱（AES）、紫外-可见分光光度法等进行元素和化合物的痕量分析；利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）进行复杂混合物的组分鉴定和定量。 反应动力学研究： 利用快速光谱技术（如时间分辨光谱）实时监测化学反应过程，研究反应机理和速率。 生物分子识别与检测： 荧光光谱、拉曼光谱、NMR等技术在蛋白质、核酸、药物等生物分子的结构分析、相互作用研究以及疾病诊断中的应用。 天文学与宇宙学的光谱应用： 恒星与星系的化学组成： 通过分析恒星和星系发出的光，测量其光谱中的元素特征谱线，推断其化学组成、温度、密度等物理参数。 宇宙膨胀与红移： 测量遥远星系光谱的红移现象，揭示宇宙正在膨胀的事实，并据此推算宇宙的年龄和尺度。 暗物质与暗能量探测： 通过观测宇宙微波背景辐射、超新星等天体光谱的细微变化，间接探测暗物质和暗能量的存在及其性质。 系外行星的发现与特征分析： 通过观测系外行星凌星时恒星光谱的变化，或直接捕捉系外行星发出的光，分析其大气成分。 地球科学与环境监测： 大气成分分析： 利用遥感光谱技术监测大气中的污染物、温室气体等。 水体质量评估： 通过水体光谱分析，评估水体的浊度、叶绿素含量、污染物等。 地质矿产勘探： 利用高光谱遥感技术识别地表矿物分布。 医学诊断与生物成像： 疾病诊断： 利用特定生物标志物的光谱信号辅助诊断癌症、感染性疾病等。 生物组织成像： 漫反射光谱、共聚焦拉曼光谱等技术用于无损地观察生物组织内部结构和生理状态。 第四章：光谱的未来——智能感知与超越想象 随着科技的飞速发展，光谱技术正以前所未有的速度革新。本章将展望光谱学的未来发展趋势，以及它将如何继续拓展人类的认知边界。 高光谱成像与多维光谱： 探索将光谱信息与空间信息相结合的高光谱成像技术，以及超越三维（空间+光谱）的多维光谱技术，实现更全面的信息获取。 微型化与便携式光谱仪： 致力于开发体积更小、功耗更低、成本更低的便携式光谱仪，使其能够广泛应用于现场检测、个人健康监测等领域。 机器学习与人工智能在光谱分析中的融合： 利用大数据和人工智能技术，实现光谱数据的自动化分析、特征提取、模式识别和预测，极大地提升分析效率和准确性。 新型光源与探测器技术： 探索新型光源（如超快激光、同步辐射）和高性能探测器（如焦平面阵列探测器）的发展，拓展光谱探测的范围和灵敏度。 光谱技术与其他前沿技术的交叉融合： 如与纳米技术、生物技术、量子计算等结合，催生出全新的应用场景和研究范式。 极端条件下的光谱探测： 探索在极端温度、高压、真空等环境下进行光谱探测的技术，以研究深海、太空、极端生物等。 本书并非一本技术手册，而是希望通过对光谱学理论、方法和应用的系统性阐述，激发读者对物质世界内在联系的深刻理解，培养科学探索的精神。光谱，这只无形之手，正以其独特而强大的力量，不断为我们揭示世界的真相，引领我们走向更广阔的认知疆域。
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序前言第1章 成像光谱技术 1.1 光谱技术和光谱仪的发展 1.2 成像技术和成像仪的发展 1.3 成像光谱技术的产生与发展 1.3.1 成像光谱技术的产生、分类及研究现状 1.3.2 成像光谱技术发展趋势 本章小结第2章 干涉成像光谱技术 2.1 干涉成像光谱技术的产生、发展及最新研究动态 2.2 干涉成像光谱技术的基础理论与基本原理 2.2.1 干涉图与复原光谱 2.2.2 分辨率与切趾问题 2.2.3 图像数据采集与处理 本章小结第3章 空间调制干涉成像光谱技术 3.1 空间调制干涉成像光谱技术原理 3.2 横向剪切分束器 3.3 空间调制干涉成像光谱仪物理模型 3.4 影响SMII干涉图调制度的主要因素 本章小结第4章 偏振干涉成像光谱技术 4.1 单轴晶体光学性质简介 4.1.1 晶体分类及o光、e光的折射率 4.1.2 光的双折射现象 4.1.3 主截面、主平面 4.2 偏振干涉成像光谱技术的产生及发展 4.3 新型偏振干涉成像光谱技术原理 4.3.1 新型偏振干涉成像光谱技术原理 4.3.2 新方案(SPIIS)与原方案(狭缝式)的主要区别 4.4 基于Savart板的横向剪切分束器 4.4.1 Savart板 4.4.2 Savart偏光镜 4.4.3 视场补偿型Savart偏光镜 4.5 Savart偏光镜光程差及横向剪切量的计算 4.6 基于Wollaston棱镜的角剪切分束器 4.6.1 角剪切量 4.6.2 光程差及条纹间隔 4.6.3 广角Wollaston棱镜 4.7 条纹的定位 本章小结第5章 超小型稳态偏振干涉成像光谱仪(USPIIS)研究 5.1 USPIIS系统设计及参数 5.1.1 USPIIS装置 5.1.2 参数确定 5.2 干涉成像光谱实验及结论分析 5.2.1 实验 5.2.2 光学系统参数计算 5.2.3 干涉图与复原光谱 5.2.4 提高干涉图信噪比及光谱分辨率的主要途径 5.3 USPHS中偏振化方向对调制度的影响 5.3.1 偏振光强度、振动方向对调制度的影响 5.3.2 USPIIS的调制度 5.3.3 调制度随偏振化方向的变化 5.3.4 偏振化方向允差分析实例 5.3.5 结论 5.4 USPIIS通量的分析与计算 5.4.1 USPIIS的通量 5.4.2 各种情形下的通量数值 5.4.3 结论 本章小结第6章 稳态大视场偏振干涉成像光谱仪(sLPIIS)研究 6.1 SLPIIS原理及广角补偿原理 6.2 SLPIIS调制度的分析与计算 6.2.1 λ/2板光轴方向偏离理想方向时o和e光振动面的旋转 6.2.2 SLPIIS中偏振光电矢量的分解与合成 6.2.3 SLPIIS中调制度的分析与计算 6.2.4 调制度随偏振化方向、λ/2板光轴取向的变化 6.3 SLPIIS的通量分析 6.3.1 SLPIIS通量的分析与计算 6.3.2 几种情形下的通量取值 6.3.3 最大调制度时通量的分析计算实例 6.4 结论 本章小结第7章 卫星遥感大气风场的干涉成像光谱探测技术研究 7.1 干涉成像光谱技术测量大气风场原理 7.1.1 气辉(极光)的形成 7.1.2 风场速度、温度的测量 7.1.3 垂直方向风场探测 7.2 计算机仿真实验及误差分析 7.2.1 计算机仿真实验、误差分析 7.2.2 结论 7.3 广角迈克耳孙干涉仪(WAMI)探测大气风场 7.3.1 探测原理 7.3.2 计算实例与装置设想 7.3.3 结论 7.4 Fabry-Perot干涉仪(FPI)探测大气风场 7.4.1 风场速度、温度的FPI测量原理 7.4.2 风场测量特例分析 7.4.3 结论 本章小结参考文献
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