激光干涉测量技术
测量在工业中是不可缺少的，如长度的测量，位移的测量，速度的测量等等。不同的应用，要求的测量精度不同，因而需要用不同的手段去实现。以长度或位移的测量为例，当测量精度要求为毫米量级时，用普通米尺就足够了，而卡尺的测量精度则可达到百分之一毫米，最大量程为几十厘米。对较大尺度进行更精密的测量，特别是，对快速运动物体的位置或位移进行实时测量，传统方法就有些力不从心了。而激光则为精密测量提供了最强有力的工具。
日本计量研究所与东京精密仪器公司组成的联合研究组，推出一种测定三维运动物体位置的方法，系统包括4台干涉仪，所用光源为波长632.8纳米的氦-氖激光器，被测物体上装有光的反射体。在该研究组进行的一次实验中，高2米的机器人手臂以50厘米每秒的速度运动，系统对其臂端反射体的位置进行了测量，测量精度达到1微米。
迄今大多数精确测量位移的干涉仪都以稳定的激光源为基础，以确保其具有足够的相干长度，而整套系统的价格也相当昂贵。据报导，耶路撒冷的一家以色列公司最近发明一项专利，以未采取特殊稳定措施的氦-氖激光器的固有稳定性为基础，研制出一种廉价而精密的位移测量系统。据称，其性能与相对昂贵和复杂的稳定激光干涉仪位移计相似，在1米的距离上测量精度达到0.3微米。
激光干涉仪最令人感兴趣的应用之一也许是对引力波的测定。爱因斯坦曾推测，诸如星体爆炸，黑洞撞击和宇宙“最初”的大碰撞之类的强烈天文事件可能形成引力波。但由于这种波如果存在的话也非常弱，因此，几十年来从未能探测到，也无法确定其是否存在。
随着激光技术的发展，激光干涉精密测量的灵敏度空前提高，人们重新对此发生了浓厚兴趣。据最近报导，德国和英国正在德国汉诺威附近建立一个称为GEO600的系统，试图对引力波进行探测。参与该系统研究工作的有来自德国和美国的许多研究小组，如德国的汉诺威大学、加欣的马普量子光学研究所和波茨坦的爱因斯坦研究所，以及英国的格拉斯哥大学和威尔士大学研究小组等。总计1050万美元的投资由德国马普学会和大众汽车基金会以及英国的粒子物理学和天文学研究委员会提供。
据透露，GEO600预期在所测长度上能探测到的变化可小至单个原子核直径的几分之一。这个灵敏度相当于地球到银河系中心的距离上20厘米的变化；或者说，在绕地球10圈的距离上，只要有一个原子直径长度的变化就可以探测到！这是多么令人不可思议的名副其实的“天文数字”！
据悉，在此之前世界上已有一些类似的装置，如美国汉福德和里维斯顿的两个系统，意大利比萨系统及日本的一个系统。GEO600是这些系统的补充，如果在至少4处探测成功，则引力波源的位置也可确定。
引力波的首次测量将是物理学的重大事件，而它在现实中的意义是使天文学家们可以洞察宇宙中发生的过程。有趣的是，激光产生的基础是80年前爱因斯坦的天才预言——受激辐射跃迁。而今天，人们又在借助激光试图验证这位天才学者的另一预言（我们暂且不称这一预言也是天才的，但它一旦被证实，定然无愧于这一称号）。
激光测距的测程计算方程
Pr=(Pt*Kt*Kr*Ar*p*r*m)exp(-2zR)/πR**2 （注意 ：最后的R**2是R的平方的意思）
Pt：激光测距机的发射功率W Kt：发射光学系统的投射率 Ar：接收孔径面积 p：目标漫反射系数 z：大气或其他介质的单程投射率 Kr：接收光学系统的投射率Pr：激光测距机的接收峰值功率 R：目标距离
r=β**2/θ**2(β=θ）注：β接收视场角 θ：发射光束发散角β**2是β平方的意思，其他雷同 m＝4*σ*cosφ/πθ**2R**2 (σ*cosφ=(πθ**2R**2)/4）注：σ：目标面积 φ：目标面积法线于发射光束之间的夹角
激光测距仪激光测距基本原理
激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。
D=ct/2
式中：D——测站点A、B两点间距离；c——光在大气中传播的速度；t——光往返A、B一次所需的时间。
由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。
相位式激光测距仪
相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，如下图所示。
相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。由于其精度高，一般为毫米级，为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。
若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为：
t=φ/ω
将此关系代入（3-6）式距离D可表示为
D=1/2 ct=1/2 c•φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ) =c/4f (N+ΔN)=U(N+)
式中：φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。
ω——调制信号的角频率，ω=2πf。
U——单位长度，数值等于1/4调制波长
N——测线所包含调制半波长个数。
Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。
ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。
ΔN=φ/ω
在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。
为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用最多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。
由上所述一般情况下相位式激光测距仪使用连续发射带调制信号的激光束，为了获得测距高精度还需配置合作目标，而目前推出的手持式激光测距仪是脉冲式激光测距仪中又一新型测距仪，它不仅体积小、重量轻，还采用数字测相脉冲展宽细分技术，无需合作目标即可达到毫米级精度，测程已经超过100m，且能快速准确地直接显示距离。是短程精度精密工程测量、房屋建筑面积测量中最新型的长度计量标准器具。
激光测距仪的工作原理及安全
激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。
激光测距仪是用激光做为主要工作物质来进行工作的。目前，市场上的手持式激光测距仪的工作物质主要有以下几种：工作波长为905纳米和1540纳米的半导体激光，工作波长为1064纳米的YAG激光。1064纳米的波长对人体皮肤和眼睛是害的，特别是如果眼睛不小心接触到了1064纳米波长的激光，对眼睛的伤害可能将是永久性的。所以，在国外，手持激光测距仪中，完全取缔了1064纳米的激光。在国内，某些厂家还有生产1064纳米的激光测距仪。
对于905纳米和1540纳米的激光测距仪，我们就称之为“安全”的。对于1064纳米的激光测距仪，由于它对人体具有潜在的危害性，所以我们就称之为“不安全”的。
激光测距原理
激光测距的基本原理如图6-1所示。测距机由激光发射系统和探测系统组成（如图中虚线框所示）。工作时，激光器发射激光，光束穿过大气到达目标，经目标反射后返回，并由探测器接收。测出从激光发射到反射光被接收所经历的时间， 根据运动学中最基本的关系即可求出目标的距离。
目前常见的激光测距机，除有一部分采用二氧化碳气体激光器外，大多数使用固体激光器。
激光检测技术基本原理
激光技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作为光源，配以相应的光电元件来实现的。它具有精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。下面介绍几种应用实例。
激光测距
激光测距的基本原理是：将光速为C的激光射向被测目标，测量它返回的时间，由此求得激光器与被测目标间的距离d。
即： d＝c t / 2 (11-26)
式中t—激光发出与接收到返回信号之间的时间间隔。
可见这种激光测距的精度取决于测时精度。由于它利用的是脉冲激光束，为了提高精度，要求激光脉冲宽度窄，光接收器响应速度快。所以，远距离测量常用输出功率较大的固体激光器与二氧化碳激光器作为激光源；近距离测量则用砷化镓半导体激光器作为激光源。
激光测长
从光学原理可知，单色光的最大可测长度L与光源波长λ和谱线宽度Δλ的关系用普通单色光源测量，最大可测长度78cm。若被测对象超过78cm，就须分段测量，这将降低测量精度。若用氦氖激光器作光源，则最大可测长度可达几十公里。通常测长范围不超过10m，其测量精度可保证在0.1μm以内。
微光学元件及光纤耦合半导体激光器
1、微光学元件简介
微光学（Micro-Optics）是未来微光电机系统（Micro-Optical-Electrical-Mechanical System，MOEMS，也称微机械系统，Micro-Electrical-Mechanical System）中三大（另两大组成部分是微电子和微机械）重要组成部分之一，有时也称光学微机械（Optical MEMS）。微光学元件具有体积小、重量轻、设计灵活可实现阵列化和易大批量复制等优点已成功地应用到现代光学的各个领域中，如校正光学系统的像差、改善光学系统的成像质量、减轻系统的重量。更为广泛的应用是激光光学领域，用于改变激光光束波面，实现光束变换，如光束的准直、整形及光学交换和光学互联等。微光学元件按照光传播的途径可简单地分为两大类：衍射光学元件（Diffractive Optical Elements， DOEs）和折射性光学元件（Refractive Optical Element，ROEs）。衍射型微光学元件中比较常用的一种是二元光学元件（Binary Optical Element，BOEs），以多台阶面形来逼近连续光学表面面形，是微光学元件中比较重要的一类。相应的微光学元件的设计方法有衍射方法和折射传播的几何光学方法，如Fresnel 波带法、G-S 算法、遗传算法、光线追迹等。目前比较成熟的商业化软件如CODE V， ZEMAX， OSLO 等都具备微光学元件和系统的优化设计功能。
2、微光学元件的制作方法
微光学元件的制作方法归纳起来有两种：机械加工方法和光学加工方法。机械加工方法主要有[1]：光纤拉制（Drawing of Fiber Lenses）、超精度研磨（Ultraprecision Grinding）、注模（Moulding）、金刚石车削（Diamond Turning）等。光学加工方法就是光刻（Photolithography）。机械加工方法的优点是工艺过程简单，缺点是难于实现阵列型器件和大规模廉价复制，而且不易制作非旋转对称微光学元件，如柱面透镜、任意不规则面型微光学。光学加工方法的优点是：能实现任意不规则面型透镜（尤其是二元微光学元件更是如此），可以大规模复制、缺点是工艺复杂、对环境要求较高。光学光刻可实现二元衍射微光学元件和连续面形微光学元件，主要有二元光学方法、掩模移动法、灰阶掩模法、热熔法和梯度折射率方法等。采用光刻方法加工8台阶二元衍射微光学元件的加工工艺原理，采用三块不同频率的掩模，通过三次甩胶、曝光、显影、刻蚀等工艺实现95%衍射效率的微光学元件。采用掩模移动法制作连续面形微光学阵列元件，首先根据要求的面形设计掩模，然后在曝光过程中通过移动掩模，实现各部分的不同曝光量，最后通过显影、反应离子刻蚀，将光刻胶的面形传递到光学表面材料上。灰阶掩模法是根据微光学元件所需面型，对掩模进行灰阶编码，形成相应的光强透过率分布函数，通过一次曝光、显影，即可得到相应的光刻胶面形，最后通过刻蚀，得到光学材料上的面形。热熔法是通过曝光后光刻胶的表面张力作用的收缩，形成面形。这几种方法中，热熔法由于面形不容易控制和难于制作不规则面形而应用领域受到限制，二元衍射方法虽然能实现各种复杂面形而得到广泛应用，但受到光刻线宽分辨率的限制而不能制作较大数值的微光学元件；掩模移动法能制作较大数值孔径元件但难于制作不具有中心对称或旋转对称元件。灰阶掩模法具有设计灵活、能制作任意面形的微光学元件，但是掩模制作过程中数据量较大，难于精确地控制面形。总的说来，二元衍射方法适合于小数值孔径微光学元件而连续面形方法适合于制作大数值、小口径微光学元件。
3、光纤耦合半导体激光器
3.1 半导体激光器特性及光纤耦合方法
半导体激光器(Laser Diode，LD)及其阵列（Laser Diode Array，LDA）由于具有体积小、重量轻、发光效率高和易调制、容易集成等优点被认为是最有前景的激光器。大功率半导体激光器要求激光器非单发光区结构而是由这些单发光区按照某一规则排列成线阵（BAR CHIPS）或面阵（STACKED ARRAY）。半导体激光器的特殊结构使得它的发散角较大，而且存在着像散，给使用带来了很多不便，制约半导体激光器应用。除了极少数的应用，如DPL 的侧面外，大多数应用，如半导体激光器泵浦的全固态激光器（DPSSL）的端面、光纤激光器以及要求较高的侧面泵浦激光器都要求对LDA 光束进行整形，形成小芯径、小数值孔径、高亮度的光纤耦合激光输出。较早的方法是将一根光纤和LDA 的每一个发光区一一对应，形成一捆光纤束。这种方法在大功率时须采用一大捆光纤束而光亮度并不大，也难于对该光束进行进一步的整形来提高光亮度，因此该方法已趋于淘汰。考虑到微光学元件和大功率半导体激光器阵列都具有微型化、阵列化的特点，采用微光学元件对半导体激光器光束进行准直、整形和耦合被认为是最有前景的方法微透镜阵列光束整形。首先采用微透镜阵列将LDA 光束准直成准直光束，然后进一步将光束进行整形，最后将整形光束聚焦耦合到光纤，如图6 所示。
3.2 光纤耦合LDA 模块原理分析
光纤耦合输出激光光束的主要参数除了功率外就是光纤芯径和数值孔径。对于一定芯径和数值孔径的光纤耦合光束而言，其整个耦合过程满足光参数积不变的原理。光参数积定义为光斑直径与该方向的发散角的乘积。对于直径为d 圆形对称的光束，其远场发散角为θ，该光束的光参数积为
BPP LDA、BPP fiber分别为耦合光束和光纤的光参数积。吧条大功率半导体激光器阵列，快、慢轴方向的光参数积分别为0.70mm*mrad 和1745mm*mrad，但如果发散角按1/e2定义，激光器的发散角更大。实际上，阵列型半导体激光器的各个发光区之间存在间隙，占空比为0.3 而非1，因此采用微透镜阵列一一对应准直可以提高占空比，减小慢轴方向的光参数积 ，这样光参数积变成１９×０.15 ×10 ×17.45=497mm*mrad。
3.3、准直光束的准直及整形
对于芯径为800μm 、数值孔径为0.22 的光纤其光参数积为352mm*mrad，快轴方向的光参数积已经足可以满足耦合要求，慢轴方向的光参数积太大，仅靠传统的光学系统是无法改变光束的光参数积，因此必须对光束整形。光束整形就是通过重新排列快、慢轴方向的光束，来减小一个方向的光斑尺寸，增大另一个方向的光斑尺寸，从而实现两方向光参数积的平衡。假定慢轴方向的光参数积为BPPslow，快轴方向的光参数积为BPP fast，那么整形时光束整形次数N可通过（3）式计算得到
实际上，由于折叠次数的增多必然带来分割间隙间的损耗，因此只需满足快、慢轴方向的光参数积均小于耦合光纤的光参数积即可。目前有三种光束整形有三种方式：反射式、折射式和折反射式。折射式和折/反射式由于准直后慢轴方向的光束仍有一定的发散角，在几个折射表面必然产生较大反射损耗和偏离光路，从而降低整个系统的耦合效率，反射式是一种较为理想的方法，因此选择反射式有利于提高系统的耦合效率。
对于占宽比为0.3 的条阵ＬＤＡ，采用微透镜阵列准直后，其快慢轴方向的光参数积分别为0.70 mm*mrad和497 mm*mrad。若需要耦合进入800um、0.22ＮＡ、对应光参数积为352mm*mrad 的光纤， 那么慢轴光束只需整形折叠2 次即可。
3.4、计算模拟
采用ZEMAX EE 非序列光线追迹光学设计软件，对光源发光模型、光束准直、整形及聚焦进行模拟，得到各个步骤的光场分布及效率。
3.5、实验结果及分析
采用微透镜阵列对４０Ｗ条阵半导体激光器进行光纤耦合，该激光器由19 个发光区构成，每一个发光区长度为150μm，发光区间距为500μm，因此条阵发光区长度为10mm，在快、慢轴方向的发散角分别为8°和36°（FWHM）。通过快慢轴微透镜阵列准直后，其快慢轴方向的准直光束的发散角为2.3mrad 和42.5mrad，光斑约为10mm×0.6mm，经过两次折叠，变成1.2mm×5mm 光斑。采用焦距f=15mm，口径D=6.35mm 的聚焦透镜耦合进入光纤，耦合进入芯径为800um，数值孔径为0.22NA 的多模光纤，其耦合效率达到了63.8%。图9 为条阵半导体激光器的P-I 曲线和光纤耦合输出的P-I 曲线。功率损耗主要在以下几个方面：实测效率低首先是准直包络能量快、慢轴方向仅有90%；其次各个透镜反射能量的损耗约占5~8%；整形过程中对波面的分割和重新排列时的边缘损耗约5~8%；最后是耦合光纤端面的反射和端面的泄露损耗了约10%能量。
半导体激光器的发展及其应用
1 前言
半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn结或Pin结为工作物质的一种小型化激光器.半导体激光工作物质有几十种，目前已制成激光器的半导体材料有砷化稼(GaAs)、砷化锢(InAs)、锑化锢(InSb)、硫化锅(cds)、蹄化福(CdTe)、硒化铅(PbSe)、啼化铅(PhTe)、铝稼砷(A1xGa-As)、锢磷砷(In-PxAS)等.
半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注人式、光泵式和高能电子束激励式.
绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入，即给Pn结加正向电压，以使在结平面区域产生受激发射，也就是说是个正向偏置的二极管，因此半导体激光器又称为半导体激光二极管.对半导体来说，由于电子是在各能带之间进行跃迁，而不是在分立的能级之间跃迁，所以跃迁能量不是个确定值，这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上.它们所发出的波长在3-34pm之间.其波长范围决定于所用材料的能带间隙，最常见的是AlGaA:双异质结激光器，其输出波长为750-890nm.
世界上第一只半导体激光器是1962年问世的，经过几十年来的研究，半导体激光器得到了惊人的发展，它的波长从红外、红光到蓝绿光，被盖范围逐渐扩大，各项性能参数也有了很大的提高，其制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE)，气相外延法(VPE)，分子束外延法(MBE),MOCVD方法(金属有机化合物汽相淀积)，化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺.其激射闭值电流由几百mA降到几十mA，直到亚mA，其寿命由几百到几万小时，乃至百万小时从最初的低温(77K)下运转发展到宰la下连续工作，输出功率由几毫瓦提高到千瓦级(阵列器件)它具有效率高、体积小、重量轻、结构简单、能将电能直接转换为激光能、功率转换效率高(已达10%以上、最大可达50%).便于直接调制、省电等优点，因此应用领域日益扩大.目前，固定波长半导体激光器的使用数量居所有激光器之首，某些重要的应用领域过去常用的其他激光器，已逐渐为半导体激光器所取代.
半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大，光束的发散角较大(一般在几度到20度之间)，所以在方向性、单色性和相干性等方面较差.但随着科学技术的迅速发展，半导体激光器的研究正向纵深方向推进，半导体激光器的性能在不断地提高.目前半导体激光器的功率可以达到很高的水平，而且光束质量也有了很大的提高.以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21世纪的信息社会中将取得更大的进展，发挥更大的作用.
本文对半导体激光器的工作原理、发展历史和应用前景作一简略的介绍.
2 半导体激光器的工作原理
半导体激光器是一种相干辐射光源，要使它能产生激光，必须具备三个基本条件
1)增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布。在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带，因此在半导体中要实现粒子数反转，必须在两个能带区域之间，处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多，这靠给同质结或异质结加正向偏压，向有源层内注人必要的载流子来实现，将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去.当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用.
(2)要实际获得相干受激辐射，必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡，激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的，通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜，而出光面镀上减反膜.对F-p腔(法布里一拍罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与P一n结平面相垂直的自然解理面构成F一P腔.
(3)为了形成稳定振荡，激光媒质必须能提供足够大的增益，以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的损耗，不断增加腔内的光场.这就必须要有足够强的电流注入，即有足够的粒子数反转，粒子数反转程度越高，得到的增益就越大，即要求必须满足一定的电流阀值条件.当激光器达到阀值，具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大，最后形成激光而连续地输出.可见在半导体激光器中，电子和空穴的偶极子跃迁是基本的光发射和光放大过程对于新型半导体激光器而言，人们目前公认量子阱是半导体激光器发展的根本动力.量子线和量子点能否充分利用量子效应的课题已延至本世纪，科学家们已尝试用自组织结构在各种材料中制作量子点，而GaInN量子点已用于半导体激光器.另外，科学家也已经做出了另一类受激辐射过程的量子级联激光器，这种受激辐射基于从半导体导带的一个次能级到同一能带更低一级状态的跃迁，由于只有导带中的电子参与这种过程，因此它是单极性器件.
3 半导体激光器的发展历史
20世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器，它是在一种材料上制作的pn结二极管在正向大电流注人下，电子不断地向p区注人，空穴不断地向n区注入.于是，在原来的pn结耗尽区内实现了载流子分布的反转，由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快，在有源区发生辐射、复合，发射出荧光，在一定的条件下发生激光，这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器.
半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器，它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如G&As, GaAlAs所组成，最先出现的是单异质结构激光器(1969年).单异质结注人型激光器(SHLD)是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP一N结的P区之内，以此来降低阀值电流密度，其数值比同质结激光器降低了一个数量级，但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作.
1970年，实现了激光波长为9000A.室温连续工作的双异质结GaA(砷化稼一稼铝砷)激光器.双异质结激光器(DHL)的诞生使可用波段不断拓宽，线宽和调谐性能逐步提高，其结构的特点是在P型和n型材料之间生长了仅有0.2Eam厚的，不掺杂的，具有较窄能隙材料的一个薄层，因此注人的载流子被限制在该区域内(有源区)，因而注人较少的电流就可以实现载流子数的反转.在半导体激光器件中，目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式G&A。二极管激光器.
随着异质结激光器的研究发展，人们想到如果将超薄膜(<20nm)的半导体层作为激光器的激括层，以致于能够产生量子效应，结果会是怎么样?再加之由于MBE,MOCVD技术的成就，于是，在1978年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器(QWL)，它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能.后来，又由于MOCVD,MBE生长技术的成熟，能生长出高质量超精细薄层材料，之后，便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器，量子阱半导体激光器与双异质结(DH)激光器相比，具有阑值电流低、输出功率高，频率响应好，光谱线窄和温度稳定性好和较高的电光转换效率等许多优点.
QWL在结构上的特点是它的有源区是由多个或单个阱宽约为100人的势阱所组成，由于势阱宽度小于材料中电子的德布罗意波的波长，产生了量子效应，连续的能带分裂为子能级.因此，特别有利于载流子的有效填充，所需要的激射阅值电流特别低.半导体激光器的结构中应用的主要是单、多量子阱，单量子阱(SQW)激光器的结构基本上就是把普通双异质结(DH)激光器的有源层厚度做成数十nm以下的一种激光器，通常把势垒较厚以致于相邻势阱中电子波函数不发生交迭的周期结构称为多量子阱(MQW).量子阱激光器单个输出功率现已大于1w，承受的功率密度已达lOMW/cm3以上而为了得到更大的输出功率，通常可以把许多单个半导体激光器组合在一起形成半导体激光器列阵。
因此，量子阱激光器当采用阵列式集成结构时，输出功率则可达到l00w以上.近年来，高功率半导体激光器(特别是阵列器件)飞速发展，已经推出的产品有连续输出功率5W,10W,20W和30W的激光器阵列.脉冲工作的半导体激光器峰值输出功率50w，120W和1500W的阵列也已经商品化.一个4.5cm×9cm的二维阵列，其峰值输出功率已经超过45BW.峰值输出功率为350KW的二维阵列也已间世，从20世纪70年代末开始，半导体激光器明显向着两个方向发展，一类是以传递信息为目的的信息型激光器.另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器.在泵浦固体激光器等应用的推动下，高功率半导体激光器(连续输出功率在100以上，脉冲输出功率在5W以上，均可称之谓高功率半导体激光器)在20世纪90年代取得了突破性进展，其标志是半导体激光器的输出功率显著增加，国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化，国内样品器件输出已达到600W[61.如果从激光波段的被扩展的角度来看，先是红外半导体激光器，接着是670nm红光半导体激光器大量进人应用，接着，波长为650nm,635nm的问世，蓝绿光、蓝光半导体激光器也相继研制成功，l0mw量级的紫光乃至紫外光半导体激光器，也在加紧研制中为适应各种应用而发展起来的半导体激光器还有可调谐半导体激光器，电子束激励半导体激光器以及作为“集成光路”的最好光源的分布反馈激光器(DFB一LD)，分布布喇格反射式激光器(DBR一LD)和集成双波导激光器.另外，还有高功率无铝激光器(从半导体激光器中除去铝，以获得更高输出功率，更长寿命和更低造价的管子)、中红外半导体激光器和量子级联激光器等等.其中，可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长，可以很方便地对输出光束进行调制.分布反馈(DFB)式半导体激光器是伴随光纤通信和集成光学回路的发展而出现的，它于1991年研制成功，分布反馈式半导体激光器完全实现了单纵模运作，在相干技术领域中又开辟了巨大的应用前景它是一种无腔行波激光器，激光振荡是由周期结构(或衍射光栅)形成光藕合提供的，不再由解理面构成的谐振腔来提供反馈，优点是易于获得单模单频输出，容易与纤维光缆、调制器等辆合，特别适宜作集成光路的光源.
单极性注入的半导体激光器是利用在导带内(或价带内)子能级间的热电子光跃迁以实现受激光发射，自然要使导带和价带内存在子能级或子能带，这就必须采用量子阱结构.单极性注人激光器能获得大的光功率输出，是一种商效率和超商速响应的半导体激光器，并对发展硅基激光器及短波激光器很有利.量子级联激光器的发明大大简化了在中红外到远红外这样宽波长范围内产生特定波长激光的途径.它只用同一种材料，根据层的厚度不同就能得到上述波长范围内的各种波长的激光.同传统半导体激光器相比，这种激光器不需冷却系统，可以在室温下稳定操作.低维(量子线和量子点)激光器的研究发展也很快，日本okayama的GaInAsP/Inp长波长量子线(Qw+)激光器已做到90kCW工作条件下Im =6A,l=37A/cm2并有很高的量子效率.众多科研单位正在研制自组装量子点(QD)激光器，目前该QDLD已具有了高密度，高均匀性和高发射功率.由于实际需要，半导体激光器的发展主要是围绕着降低阔值电流密度、延长工作寿命、实现室温连续工作，以及获得单模、单频、窄线宽和发展各种不同激射波长的器件进行的.
20世纪90年代出现并特别值得一提的是面发射激光器(SEL)，早在1977年，人们就提出了所谓的面发射激光器，并于1979年做出了第一个器件，1987年做出了用光泵浦的780nm的面发射激光器.1998年GaInAIP/GaA。面发射激光器在室温下达到亚毫安的网电流,8mW的输出功率和11%的转换效率。前面谈到的半导体激光器，从腔体结构上来说，不论是F一P(法布里一泊罗)腔或是DBR(分布布拉格反射式)腔，激光输出都是在水平方向，统称为水平腔结构.它们都是沿着衬底片的平行方向出光的.而面发射激光器却是在芯片上下表面镀上反射膜构成了垂直方向的F一p腔，光输出沿着垂直于衬底片的方向发出，垂直腔面发射半导体激光器(VCSEIS)是一种新型的量子阱激光器，它的激射阔值电流低，输出光的方向性好，藕合效率高，能得到相当强的光功率输出，垂直腔面发射激光器已实现了工作温度最高达71摄氏度. 20世纪90年代末，面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展，且已考虑了在超并行光电子学中的多种应用.980mn,850nm和780nm的器件在光学系统中已经实用化.目前，垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络。
为了满足21世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要，半导体激光器的发展趋势主要在高速宽带LD、大功率ID,短波长LD,盆子线和量子点激光器、中红外LD等方面.目前，在这些方面取得了一系列重大的成果.
4 半导体激光器的应用
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广，目前已超过300种，半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网，850mn波长的半导体激光器适用于)1Gb/s。局域网，1300mn-1550nm波长的半导体激光器适用于1OGb局域网系统.半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术.半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用，形成了广阔的市场。
1978年，半导体激光器开始应用于光纤通信系统，半导体激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统.由于半导体激光器有着超小型、高效率和高速工作的优异特点，所以这类器件的发展，一开始就和光通信技术紧密结合在一起，它在光通信、光变换、光互连、并行光波系统、光信息处理和光存贮、光计算机外部设备的光祸合等方面有重要用途.半导体激光器的问世极大地推动了信息光电子技术的发展，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.半导体激光器再加上低损耗光纤，对光纤通信产生了重大影响，并加速了它的发展.因此可以说，没有半导体激光器的出现，就没有当今的光通信.GaAs/GaAlA。双异质结激光器是光纤通信和大气通信的重要光源，如今，凡是长距离、大容量的光信息传输系统无不都采用分布反馈式半导体激光器(DFB一LD).半导体激光器也广泛地应用于光盘技术中，光盘技术是集计算技术、激光技术和数字通信技术于一体的综合性技术.是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存储手段，它需要半导体激光器产生的光束将信息写人和读出.
下面我们具体来看看几种常用的半导体激光器的应用:
量子阱半导体大功率激光器在精密机械零件的激光加工方面有重要应用，同时也成为固体激光器最理想的、高效率泵浦光源.由于它的高效率、高可靠性和小型化的优点，导致了固体激光器的不断更新.
在印刷业和医学领域，高功率半导体激光器也有应用.另外，如长波长激光器(1976年，人们用GaInAsP/InP实现了长波长激光器)用于光通信，短波长激光器用于光盘读出.自从NaKamuxa实现了GaInN/GaN蓝光激光器，可见光半导体激光器在光盘系统中得到了广泛应用，如CD播放器，DVD系统和高密度光存储器可见光面发射激光器在光盘、打印机、显示器中都有着很重要的应用，特别是红光、绿光和蓝光面发射激光器的应用更广泛.蓝绿光半导体激光器用于水下通信、激光打印、高密度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机中.总之，可见光半导体激光器在用作彩色显示器光源、光存贮的读出和写人，激光打印、激光印刷、高密度光盘存储系统、条码读出器以及固体激光器的泵浦源等方面有着广泛的用途.量子级联激光的新型激光器应用于环境检测和医检领域.另外,由于半导体激光器可以通过改变磁场或调节电流实现波长调谐，且已经可以获得线宽很窄的激光输出，因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究.可调谐激光器是深人研究物质结构而迅速发展的激光光谱学的重要工具大功率中红外(3.5lm)LD在红外对抗、红外照明、激光雷达、大气窗口、自由空间通信、大气监视和化学光谱学等方面有广泛的应用.
绿光到紫外光的垂直腔面发射器在光电子学中得到了广泛的应用，如超高密度、光存储.近场光学方案被认为是实现高密度光存储的重要手段.垂直腔面发射激光器还可用在全色平板显示、大面积发射、照明、光信号、光装饰、紫外光刻、激光加工和医疗等方面、如前所述，半导体激光器自20世纪80年代初以来，由于取得了DFB动态单纵模激光器的研制成功和实用化，量子阱和应变层量子阱激光器的出现，大功率激光器及其列阵的进展，可见光激光器的研制成功，面发射激光器的实现、单极性注人半导体激光器的研制等等一系列的重大突破，半导体激光器的应用越来越广泛，半导体激光器已成为激光产业的主要组成部分，目前已成为各国发展信息、通信、家电产业及军事装备不可缺少的重要基础器件.
朗讯科技公司下属研发机构贝尔实验室的科学家们近日成功研制出世界上首款能够在红外波长光谱范围内持续可靠地发射光的新型半导体激光器。新设备克服了原有宽带激光发射过程中存在的缺陷，在先进光纤通信和感光化学探测器等领域有着广阔的潜在应用。相关的制造技术可望成为未来用于光纤的高性能半导体激光器的基础。
有关新激光器性质的论文刊登2002年2月21日出版的《自然》杂志上。文章主要作者、贝尔实验室物理学家Claire Gmachl断言：“超宽带半导体激光器可用来制造高度敏感的万用探测器，以探测大气中的细微污染痕迹，还可用于制造诸如呼吸分析仪等新的医疗诊断工具。”
半导体激光器是一种非常方便的光源，具备紧凑、耐用、便携和强大等特点。然而，典型半导体激光器通常为窄带设备，只能以特有波长发出单色光。相比之下，超宽带激光器具有显著的优势，可以同时在更宽的光谱范围内选取波长。制造出可在范围广泛的操作环境下可靠运行的超宽带激光器正是科学家们长久以来追求的一个目标。
为了研制出新型的激光器，贝尔实验室科学家们采用了650余种光子学中使用的标准半导体材料，并将其叠放在一起组成一个“多层三明治”。这些层面共分为36组，其中不同层面组在感光属性方面有着细微的差别，并在特有的短波长范围内生成光，同时与其他各组之间保持透明.所有这些层面组结合在一起，就能发射出宽带激光。
新型激光器隶属于一种称为量子瀑布（QC）激光器的高性能半导体激光器。QC激光器由Federico Capasso和AlfredCho及其同事于1994年在贝尔实验室发明，其操作过程非常类似于一道电子瀑布。当电流通过激光器时，电子瀑布将沿着能量阶梯奔流而下；每当其撞击一级阶梯时，就会放射出红外光子。这些红外光子在包含电子瀑布的半导体共振器内前后反射，从而激发出其他光子。这一放大过程将产生出很高的输出能量。
超宽带激光器可在6~8微米红外波长范围产生1.3瓦的峰值能量。Gmachl指出：“从理论上讲，波长范围可以更宽或更窄。选择6~8微米范围波长发射激光，目的是更令人信服地演示我们的想法。未来，我们可以根据诸如光纤应用等具体应用的特定需求量身定制激光器。
半导体激光器的工作特性
1．阈值电流。当注入p-n结的电流较低时，只有自发辐射产生，随电流值的增大增益也增大，达阈值电流时，p-n结产生激光。影响阈值的几个因素：
（1）晶体的掺杂浓度越大，阈值越小。
（2）谐振腔的损耗小，如增大反射率，阈值就低。
（3）与半导体材料结型有关，异质结阈值电流比同质结低得多。目前，室温下同质结的阈值电流大于30000A/cm2；单异质结约为8000A/cm2；双异质结约为1600A/cm2。现在已用双异质结制成在室温下能连续输出几十毫瓦的半导体激光器。
（4）温度愈高，阈值越高。100K以上，阈值随T的三次方增加。因此，半导体激光器最好在低温和室温下工作。
2．方向性。由于半导体激光器的谐振腔短小，激光方向性较差，在结的垂直平面内，发散角最大，可达20°-30°；在结的水平面内约为10°左右。
3．效率。量子效率
η＝每秒发射的光子数／每秒到达结区的电子空穴对数
77K时，GaAs激光器量子效率达70％－80％；300K时，降到30％左右。
功率效率η1＝辐射的光功率／加在激光器上的电功率
由于各种损耗，目前的双异质结器件，室温时的η1最高10％，只有在低温下才能达到30％－40％。
4．光谱特性。由于半导体材料的特殊电子结构，受激复合辐射发生在能带（导带与价带）之间，所以激光线宽较宽，GaAs激光器，室温下谱线宽度约为几纳米，可见其单色性较差。输出激光的峰值波长：77K时为840nm；300K时为902nm。
半导体激光器的结构与工作原理
现以砷化镓（GaAs）激光器为例，介绍注入式同质结激光器的工作原理。
1．注入式同质结激光器的振荡原理。由于半导体材料本身具有特殊晶体结构和电子结构，故形成激光的机理有其特殊性。
（1）半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带（对应较低能量）。与价带最近的高能带称导带，能带之间的空域称为禁带。当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中可以自由运动而起导电作用。同时，价带中失掉一个电子，则相当于出现一个带正电的空穴，这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电作用，统称为载流子。
（2）掺杂半导体与p-n结。没有杂质的纯净半导体，称为本征半导体。如果在本征半导体中掺入杂质原子，则在导带之下和价带之上形成了杂质能级，分别称为施主能级和受主能级。
有施主能级的半导体称为n型半导体；有受主能级的半导体称这p型半导体。在常温下，热能使n型半导体的大部分施主原子被离化，其中电子被激发到导带上，成为自由电子。而p型半导体的大部分受主原子则俘获了价带中的电子，在价带中形成空穴。因此，n型半导体主要由导带中的电子导电；p型半导体主要由价带中的空穴导电。
半导体激光器中所用半导体材料，掺杂浓度较大，n型杂质原子数一般为（2－5）×1018cm-1；p型为（1－3）×1019cm-1。
在一块半导体材料中，从p型区到n型区突然变化的区域称为p-n结。其交界面处将形成一空间电荷区。n型半导体带中电子要向p区扩散，而p型半导体价带中的空穴要向n区扩散。这样一来，结构附近的n型区由于是施主而带正电，结区附近的p型区由于是受主而带负电。在交界面处形成一个由n区指向p区的电场，称为自建电场。此电场会阻止电子和空穴的继续扩散。
（3）p-n结电注入激发机理。若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压，p区接正极，n区接负极。显然，正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反，它削弱了自建电场对晶体中电子扩散运动的阻碍作用，使n区中的自由电子在正向电压的作用下，又源源不断地通过p-n结向p区扩散，在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时，它们将在注入区产生复合，当导带中的电子跃迁到价带时，多余的能量就以光的形式发射出来。这就是半导体场致发光的机理，这种自发复合的发光称为自发辐射。
要使p-n结产生激光，必须在结构内形成粒子反转分布状态，需使用重掺杂的半导体材料，要求注入p-n结的电流足够大（如30000A/cm2）。这样在p-n结的局部区域内，就能形成导带中的电子多于价带中空穴数的反转分布状态，从而产生受激复合辐射而发出激光。
2．半导体激光器结构。其外形及大小与小功率半导体三极管差不多，仅在外壳上多一个激光输出窗口。夹着结区的p区与n区做成层状，结区厚为几十微米，面积约小于1mm2。
半导体激光器的光学谐振腔是利用与p-n结平面相垂直的自然解理面（110面）构成，它有35的反射率，已足以引起激光振荡。若需增加反射率可在晶面上镀一层二氧化硅，再镀一层金属银膜，可获得95％以上的反射率。
一旦半导体激光器上加上正向偏压时，在结区就发生粒子数反转而进行复合。
传输时间激光测距传感器
一、传输时间激光距离传感器的发展
激光在检测领域中的应用十分广泛，技术含量十分丰富，对社会生产和生活的影响也十分明显。激光测距是激光最早的应用之一。这是由于激光具有方向性强、亮度高、单色性好等许多优点。1965年前苏联利用激光测地球和月球之间距离（380´103km）误差只有250m。1969年美国人登月后置反射镜于月面，也用激光测量地月之距，误差只有15cm。
利用激光传输时间来测量距离的基本原理是通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离。
传输时间激光测距虽然原理简单、结构简单，但以前主要用于军事和科学研究方面，在工业自动化方面却很少见。由于激光测距传感器售价太高，一般在几千美元，高昂的价格一直是阻碍其广泛应用的主要原因。然而最近，激光测距传感器由于技术上取得了重大进展，使其价格已降到几百美元，从而使它今后有可能成为许多长距离检测场合最经济有效的检测手段。
造成这样大幅度降价的主要原因是最近两种消费产品的急剧增长。
其一是蜂窝电话。蜂；移动通信自70年代出现以来，发展异常迅速，用户几乎年年翻番，尤其是近年来发展更为惊人。蜂窝电话的发展促使电信工业提供出性能极佳的低噪声放大器。这种放大器的核心部件就是传输时间计时器。
其二是DVD播放机。DVD播放机的发展推动了低成本可见光二极管激光器的发展。这种二极管激光器发出的激光具有更好的聚焦特性，能实现超高密度数字存储。与仅仅几年前为CD机研制的红外激光二极管相比，其聚焦特性要好许多倍。
正是这些新器件的出现再加上表面安装电路板技术和清洁廉价的电源等，才使传输时间激光距离传感器的发展跃上新台阶。
实际上，所有工业用户都在寻找一种能在较远距离实现精密距离检测的传感器。因为许多情况下近距离安装传感器会受物理位置及生产环境的限制，如今的传输时间激光测距传感器将为这类场合的工程师排忧解难。
二、工作原理
传输时间激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。传输时间激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快。
例如，光速约为3´108m/s，要想使分辨率达到1mm，则传输时间测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时间： 0.001m¸(3´108m/s)=3ps
要分辨出3ps的时间，这是对电子技术提出的过高要求，实现起来造价太高。但是如今廉价的传输时间激光传感器巧妙地避开了这一障碍，利用一种简单的统计学原理，即平均法则实现了1mm的分辨率，并且能保证响应速度。
三、解决其它技术无法解决的问题
传输时间激光距离传感器可用于其它技术无法应用的场合。例如，当目标很近时，计算来自目标反射光的普通光电传感器也能完成大量的精密位置检测任务。但是，当目标距离较远内或目标颜色变化时，普通光电传感器就难以应付了。
虽然先进的背景噪声抑制传感器和三角测量传感器在目标颜色变化的情况下能较好地工作，但是，在目标角度不固定或目标太亮时，其性能的可预测性变差。此外，三角测量传感器一般量程只限于0.5m以内。
超声波传感器虽然也经常用于检测距离较远的物体，而且由于它不是光学装置，所以不受颜色变化的影响。但是，超声波传感器是依据声速测量距离的，因此存在一些固有的缺点，不能用于以下场合。
①待测目标与传感器的换能器不相垂直的场合。因为超声波检测的目标必须处于与传感器垂直方位偏角不大于10°角以内。
②需要光束直径很小的场合。因为一般超声波束在离开传感器2m远时直径为0.76cm。
③需要可见光斑进行位置校准的场合。
④多风的场合。
⑤真空场合。
⑥温度梯度较大的场合。因为这种情况下会造成声速的变化。
⑦需要快速响应的场合。
而激光距离传感器能解决上述所有场合的检测。
四、在自动化领域的广泛用途
如今，自动检测和控制的方法中，除了超声波传感器和普通光电传感器外，又增加了一个能解决长距离测量和检验的新方法—传输时间激光距离传感器。它为各种不同场合提供了应用的灵活性，这些场合可包括如下：
①设备定位。
②测量料包的料位。
③测量传送带上的物体距离和物体高度。
④测量原木直径。
⑤保护高架起重机免于碰撞。
⑥无误差检查场合。
五、几个应用实例
1、测量传送带上箱子的宽度
使用两个发散型传输时间激光传感器，在传送带的两侧面对面安装。因为尺寸变化的箱子落到传送带上的位置是不固定的，这样，每个传感器都测量出自己与箱子的距离，设一个距离为L1，另一个为L2。此信息送给PLC，PLC将两个传感器间总的距离减去L1和L2，从而可计算出箱子的宽度W。
2、保护液压成型冲模
机械手把一根预成型的管材放进液压成型机的下部冲模中，操作者必须保证每次放的位置准确。在上部冲模落下之前，一个发散型传感器测量出距离管子临界段的距离，这样可保证冲模闭合前处于正确位置。
3、二轴起重机定位
用两个反射型传感器面对反射器安装，反射器安装在桥式起重机的两个移动单元上。一个单元前后运动，另一个左右运动。当起重机驱动板架辊时，两个传感器监测各自到反射器的距离，通过PLC能连续跟踪起重机的精确位置。
有了这种新式廉价传输时间激光测距传感器，反射性或多颜色的目标长距离位置检测即使在检测角度变化的情况下也没问题了。
肖洛及激光光谱学的大发展
激光用于光谱学研究，使传统的光谱学经历了一场深刻的变革，一门新的学科——激光光谱学随之应运而生。为认识这场变革的深刻性，对光谱学的建立与发展作一番回顾是极有必要的。
(1)传统光谱学的建立与发展
传统光谱学的研究已有近百年的历史，对光谱现象首先进行观察的就是牛顿。由于阅读了玻意耳的色彩学著作，激起了牛顿对光学的兴趣。在1666年，牛顿首次应用玻璃棱镜把太阳光分解为各色光谱，随后，又把各色光谱线汇合成白光，从而证明白色光为各色光的复合光。1801年，德国物理学家里特尔（Ritter，Johann Wilhelm 1776～1810）在对光谱研究中发现，光谱中蓝色一端更容易引起氯化银的分解反应，并进一步利用这种光化学效应发现了紫外线的存在。1802年，英国物理学家沃拉斯顿（Wollaston，William Hyde 1766～1828）首先观察到太阳光谱暗线，由于得不到解释，只把它们当作各色光的自然区分线，而失去了重大发现的机会。曾当过光学技师学徒的德国物理学家夫琅和费（Fraunhofer，Joseph von 1787～1826）一直对各种玻璃的折射率感兴趣，他亲自设计制造多种消色差棱镜。1814年，在测试棱镜折射率时，他发现了太阳光谱的暗线。从1814～1815年两年中，共确定太阳光谱暗线近600条，并用字母标识它们的位置，这种标识法一直沿用至今。他还测出暗线对应的波长，井在对光谱现象的研究中，首先使用光栅作为分光元件。
光谱学作为一门实用性学科，是由物理学家和化学家共同开创起来的。1859年，德国物理学家基尔霍夫（Kirch off，Gustav Robert 1824～1887）与德国化学家本生（Bunsen，Robert Wilhelm E-berhard 1811～1899）共同研制成功了分光镜。利用这一装置，他们发现了每种元素不仅发射、同时也吸收自己特征谱线的光，由此建立了吸收光谱的基尔霍夫定律。1861年，他们又利用分光镜装置，先后发现了铯与铷，从此开创了实用光谱学的研究。光谱学不仅开始作为定性化学分析方法，同时也用来进行天体成分的研究，基尔霍夫首先利用光谱确定了太阳中的六种元素。1853年，瑞典物理学家埃斯特朗（1814～1874）首先观测了氢原子光谱中的最强一条谱线，并首先采用10-8cm作为波长的单位，后人把这一单位命名为埃（A）。埃斯特朗还绘制出近百种元素的光谱图，并于1867年首先研究了极光光谱。在这以后的20余年中，光谱学在天文学研究中得到了迅速的应用。意大利天文学家多纳第（Donati，Giovanni Battista1826～1873）首先把光谱学用于彗星研究，英国天文学家哈根斯（Huggins,SirWilliam1824～1910）则成为把光谱学用于天文学研究的先驱者之一。他研究了星云光谱、恒星光谱、太阳光谱、行星光谱与彗星光谱。1863年，根据上述一系列的研究成果，哈根斯断言，地球上的一切元素在天体上也同样存在，于是延续了两千多年之久的亚里士多德观念——认为天体是由地球上找不到的特殊物质组成的学说宣告结束。1864年，哈根斯又首先研究了一颗新星光谱，证明它被氢所包围，从而进一步说明宇宙中的主要组成物质是氢。在多纳第研究彗星的基础上，哈根斯进一步证明，彗星上的发光物是碳化物。哈根斯还首先发明了摄谱术，由于用这种方法可以观察到肉眼难以直接观察到的谱线，因而大大扩展了光谱学的观测范围。在哈根斯的光谱学研究成果中，更为引人瞩目的是他发现了谱线的多普勒红移现象，并首次利用这一效应测量了天狼星的氢谱线多普勒红移量，由此推断出天狼星远离地球的运行速度。这一方法的确立，对近代天体物理学和宇宙学的研究有着重要的影响。鉴于哈根斯对光谱学及天文学的重要贡献，1897年，他被授予爵位，1900～1905年，被选为英国皇家天文学会主席。
1885年，瑞士数学家和物理学家巴耳末（Balmer，Johann Jakob 1825～1898）从已观测到的氢谱线中发现某种规律，他提出了表示氢谱线的经验公式，后人称这一组谱线为巴耳末系。继巴耳末的工作，1889年，瑞典物理学家里德伯（Rydberg，Jo-hannes Robert 1854～1919）在研究白炽状态下物体发光谱线时，不仅发现了多种元素的线状光谱线，而且还找到了碱金属原子光谱线位置的经验公式，巴耳末公式仅为里德伯公式的一个特例。巴耳末公式与里德堡公式都属于经验公式，它们虽然都显示出谱线的规律性，却不能反映产生这些规律性的机制。里德伯曾设想元素间一定存在着某种简单的规律，这一规律一定可以用比原子量更为简洁的量表述出来。里德伯所设想的这个简洁的量，就是英国物理学家莫塞莱（Moseley，Henry Gwyn-Jeffreys1887～1915）在用X射线技术确定元素谱线波长时所发现的原子序数。莫塞莱的这一发现，不仅使门捷列夫周期表有了重大的改进，而且确立了X射线分析技术，并由此填补了元素周期表中的若干空缺。很可惜莫塞莱在第一次世界大战中被应征入伍，中断了他成功在即的X射线光谱学的研究工作。尽管卢瑟福以科研工作需要为由，多方奔走为其挽留，但终没有成功。最后莫塞莱阵亡在土耳其前线。莫塞莱去世后，瑞典物理学家西格班（1886～1978）继续了莫塞莱的X射线光谱学研究，并获得了诺贝尔物理学奖。
在巴耳末发现氢原子光谱线的规律性之后，又经过了8年，这种规律性的机制才被揭开。1913年，丹麦物理学家玻尔（Bohr，Niels Henrik David 1885～1962）利用电子分立轨道的跃迁机制解释了光的发射，不仅从理论上导出了巴耳末式，而且也计算出了里德伯常数的数值。虽然玻尔的理论获得了较大的成功，但是在进一步解释氢原子谱线分裂以及解释更复杂原子的光谱规律时，却遇到了明显的困难。
早在1892年，德裔美国物理学家迈克耳孙（ Michelson，Albert Abraham 1852～1931）就发现了巴耳末线系中最强谱线实际上是由间隔0.14埃的两条谱线组成。这一现象直到20世纪量子力学建成后，才利用电子的轨道的角动量与自旋角动量的结合获得解释。1925年，在解释碱金属光谱的测量结果时，荷兰裔美国物理学家乌伦贝克（Uhlenbeck，George Eurge 1900～）与他的同事正式引入电子自旋的概念，并论证了泡利的第4个量子数就是电子的自旋。
光谱学研究中的另一个重要成果是塞曼效应的发现。1896年，在其导师洛仑兹的指导下，荷兰物理学家塞曼（Zeeman，Pieter 1865～1943）观察到了谱线在强磁场中被分裂的现象，这一现象被后人称为塞曼效应。由于这一发现，塞曼与洛仑兹共同获得了1902年度的诺贝尔物理学奖。1893年，普雷斯顿（Preston T.）又观察到了锌线与镉线在磁场中被分裂为4重线的反常塞曼效应。反常塞曼效应不能应用洛仑兹的谐振子磁偏转理论得到解释，只有应用量子理论，才能全面地解释正常与反常塞曼效应。由于用塞曼效应的实验数据可以判断有关能级分裂的情况，由此可以获取有关原子态的重要资料，还可以对复杂的光谱进行分类研究，塞曼效应已成为研究原子结构的重要途径之一。
在光谱学的发展中，除了对吸收与发射光谱的研究外，还相应地发展了对散射光谱的研究。在这一方面，首先作出重要贡献的是印度物理学家喇曼（ Raman， Sir Chandrasekhara Venkata1888～1970）。
1920年，喇曼发现，在光发生散射时，除了原有频率外，散射光中还有一些其它频率的光出现，这一现象被称为喇曼散射。喇曼散射光强虽然很弱，其频率、强度及偏振情况却与散射物质的性质有密切的关系。因此，通过喇曼散射可以研究物质的结构及组成。由于这一重要发现，喇曼获得了1930年诺贝尔物理学奖。在喇曼宣布他们的这一重大发现的几个月之后，前苏联物理学家兰茨别尔格（1890～1957）也独立地发现了晶体的喇曼散射现象。尽管喇曼散射在光谱学研究中具有重要的价值，但是由于光强太弱，大约仅有瑞利散射光强度的千分之一，在没有足够强的单色光源之前，它的发展受到了很大的限制。激光问世后，由于激光不仅强度很高，又有较好的单色性与方向性，使激光成为喇曼散射的理想光源。激光的引入，使喇曼散射光谱学的研究有了长足的进展，目前它已成为研究物质结构与组成的重要手段之一。
(2)肖洛与激光光谱学
尽管传统的光谱学在物质研究中获得了多方面的应用，但是在激光问世之前，传统光谱学的进一步发展已经面临着不可逾越的困难。首先，传统光谱学使用的是普通光源，要提高探测的分辨率，就需要增强光源的单色性，然而增强普通光源的单色性，又不得不以降低光源的强度为代价。光源强度降低势必影响到探测的灵敏度。更为严重的是，在弱光辐射情况下，光谱中的许多非线性效应表现不出来，因此包含物质结构深层次的信息被阻断。此外，传统光谱学必须利用棱镜或光栅作为分光器件，而这些器件的分辨率又受到一定的限制，因而谱线的许多细节不能被观察到。
传统光谱学的上述缺陷是带有根本性的，随着物理学的发展，人们对来自微观世界信息的需求量越来越大，对信息种类要求的层次也越来越深、越来越广，显然传统光谱学不再适应这一发展。在1958年，即在微波激射器刚问世后不久，美国物理学家肖洛与汤斯就曾在一篇著名论文中，卓有见地地指出“从原理上看，微波激射放大器和振荡器的工作频率可以超越目前的射频范围，向红外区、可见光甚至更高频率扩展。这种技术表明了它在高频区实现相干放大，产生强单色性辐射上具有诱人的前景。……这种强单色性和高强度的辐射所给出的高分辨率将远远超出目前光谱技术的极限。”可见，在激光问世以前，作为微波激射器的发明者汤斯以及激光器奠基人之一肖洛已经清楚地预见到，激光的单色性、方向性与高亮度将会给日益显得陈旧的光谱学带来新的生机。
正如肖洛与汤斯所预料，在微波激射器的基础上，激光器很快地问世了。激光器问世后，汤斯转到其它研究领域，肖洛进入斯坦福大学物理系执教并开始从事激光光谱学的研究。由于激光器所注入的活力，从60到70年代末期，激光光谱学的进展异常神速。肖洛所在的斯坦福大学研究组始终站在激光光谱研究领域的最前列。这个研究组除了肖洛外，还有一位年青教授汉施（Hansch, T.W）。汉施1968年从德国海德堡大学获得博士学位后不久，便来到斯坦福大学任教。他们领导着来自世界各地的几位访问学者和近十名博士研究生。在整个70年代中，这个友好且富于创造性的研究集体在高分辨率激光光谱学的研究中，做出了多方面的重要贡献，所创造的激光光谱学方法居世界领先地位。它们是：饱和吸收光谱(1971)、内调制荧光光谱(1972)、双光子光谱(1974)、激光识别光谱(1976)、偏振光谱(1976)、两步偏振标识光谱(1979)、光电流光谱(1979)、偏振内调制激励光谱(1981)等。
饱和吸收光谱①是非线性、高分辨率激光光谱中最早出现，也是较普遍应用的一种。在传统的光谱学中，发自分子或原子的热运动引起的谱线增宽是一个非常令人头痛的问题，它们常把许多非线性的测量细节掩蔽了起来。
如何才能在不能消除分子、原子热运动的情况下，把它们对谱线的多普勒频移消除掉呢？这的确是一个难题。肖洛等人研制成功的饱和吸收光谱技术解决了这一难题。他们高超的设计思想以及精湛的实验技术令世人称奇。他们先把激光分为两束，一束是较强的泵浦光束，一束为较弱的探测光束。使泵浦光束经过一个称为斩波器的装置调制后，再令两束光以几乎完全相反的方向通过样品。由于泵浦光束足够强，它们与样品的原子作用后，吸收了光量子的原子被泵激至激发态。当其吸收能力达到饱和以后，就暂时不能再吸收相同的辐射光量子。在这种情况下，较弱的探测光束就可以不被吸收地通过样品，到达接收器。要实现上述设计思想，必须使两束光与同一群原子发生作用，即只有那些沿轴向速度为零的原子，才能对两束相向而行的原子不贡献多普勒频移。由于泵浦光束预先经过了调制，在调制激光波长时，通过锁定放大器预先接收到相应的光谱，这样就事先把饱和吸收光谱中那些对多普勒频移无贡献的原子挑选了出来，使泵浦光束仅对这些原子发生作用。1976年，在饱和吸收光谱的基础上，肖洛研究组又引入了偏振效应，研制成功偏振光谱法，使信噪比提高了103倍。偏振光谱法使用的泵浦光为圆偏振光，探测光束是线偏振光。在没有泵浦光束时，由于检偏器的阻挡，偏振光谱的本底很低，接收器接收不到信号。加入泵浦光束以后，泵浦光作用于样品的原子，使气体样品中，只有具有某一角动量分量的原子被激发，介质呈现各向异性，探测光经过气体样品后，变为圆偏振光，其中某一分量被接收器吸收。由此可以看出，接收器所检测到的并非光强变化，而是偏振状态的改变。
饱和吸收光谱技术消除了原子热运动的多普勒频移影响，因此能从谱线的精细结构与超精细结构中，揭示出许多传统光谱技术难以探测到的信息。肖洛等人测到的钠D1线的一个分量最窄线宽仅为 40± 4MHz。而在这以前，它们被宽度数百个MHz的多普勒频宽所掩没，即使使用分辨率最高的摄谱仪也不能发现它们。除了克服了多普勒频移的困难以外，激光饱和吸收光谱技术的灵敏度也高得惊人。1975年，肖洛研究组用这种方法对浓度低到每立方厘米仅有100个原子的钠蒸气进行测量。在这种浓度下，平均每次只有1～2个原子处于探测光束之中，这是传统光谱技术根本无法察觉到的。肖洛等人借助可调谐激光器和其它一些辅助手段，使测量的灵敏度提高到上百万倍，可观测目标达到了构成物质的单个原子或分子的水平。1974年，肖洛小组应用饱和吸收光谱法精确测量了里德伯常数。里德伯常数是瑞典物理学家里德伯（Rydberg，Johannes Robert 1854～1919） 1890年给出里德伯光谱公式中的一个普适常数。随着光谱学与原子物理学的发展，这一常数的重要性也被逐渐揭示出来。根据玻尔的氢原子模型，里德伯常数是氢原子中，电子被质子束缚所需能量的一种尺度。后来发现，几乎涉及一切有关原子、分子结合的理论中，这一常数总会出现。它与其它一些基本物理常数，如电子的质量与电荷、普朗克常数、光速等都有直接的关系。因此，它不仅是计算能级的基础，在光谱学、原子物理学中占有重要地位，而且在全部物理学的基本理论中都有重要的影响。通过对它的精确测量，不仅可以改善其它基本常数的精确程度，还可以检验基本理论间的自冾性。在1974年，肖洛等人首先测量了氢原子的Ha线中最强的精细结构分量3P3/2～3P2/5的跃迁波长，所得到的里德伯常数为R∞=109737.3143(10)cm-1，其精确度比以前提高了10倍。1978年，他们又用偏振光谱法测量了Ha中的另一分量3S1/2～3P1/2的波长，得到的里德伯常数为R∞=109737.31476(32)cm-1，使精度又提高了3倍。
近年来，随着激光光谱学的飞速发展，里德伯常数的测量纪录不断地被刷新。1986年的测量结果是R∞=109737.31534(13)cm-1。此后，又陆续出现更精确的测量值。到了90年代初，里德伯常数的测量结果已达到R∞=109737.315709(18）cm-1，从而使它成为迄今为止，与光速c、电子与质子的磁矩比μe/μp、普朗克常数h等并驾齐驱的最精确的物理常数之一。
肖洛等人于1974年还成功地研究了双光子光谱技术，通过这项技术，人们首次观察到了双光子跃迁现象。过去在理论上曾有预言，物质的原子有可能同时吸收两个光子而跃迁到较高能级，这是一种非线性过程。由于一般光源都较弱，发生这一过程的几率很小，在传统光谱技术中，很难被观测到。激光光谱学要实现这一观测目标，首先要消除分子、原子热运动引起的多普勒频移影响。在获得无多普勒增宽的谱线之后，为得到过程的最大几率，还需借助可调谐激光器，得到半频的单色强激光束。通过粒子双光子吸收后发射的荧光，即可实现对双光子吸收的探测。肖洛小组在这项探测中，使可测频宽达到了1Hz、分辨率达到10-15、谱线位置测量的精确度达到了10-17的高水平。利用双光子光谱技术，他们精确地比较了氢原子1s和2s间，2s和4s间能级间距之比。由此，他们发现了玻尔理论的结果与实验结果有差异，这个差异非常重要，因为它正是基态1s兰姆位移的一个量度，因而也是对量子电动力学的一个检验，这在传统光谱学中是很难做到的。
在非线性激光光谱研究中，另一类十分引人瞩目的课题是高时间分辨率的瞬态激光光谱学。这一领域之所以受到普遍重视在于它具有十分深厚的应用潜力。同时，短脉冲激光技术的发展，又为这项研究打开了发展的前景。在70年代以前，人们对于寿命在百万分之一秒的瞬态粒子不能追踪观察，而瞬态激光光谱学却奇迹般地实现了这一范围的观测。利用激光脉冲还实现了耗时仅有10-12秒的化学过程观测。自皮秒激光器出现以来，在瞬态激光光谱研究中，已有一系列激动人心的成果，人们观测了大量的快速瞬态现象和超快的弛豫过程，如能级寿命测量、反应动力学中的碰撞过程研究、生物过程等。用这项技术，还精确地测量了诸如光子回波、光学章动、自由感应衰变、量子拍频等多种相干瞬态效应。这些效应都是物质对快速激发或激发的猝然终止中产生的，它们难以在稳态光谱学研究中，更不可能在传统光谱学中获得，因而在物理学研究，尤其在分子、原子物理学、凝聚态物理学研究中占有重要地位。总之，在所发展的激光光谱学中，激光光源的优越性被发挥得淋漓尽致。激光的单色性消除了谱线的多普勒频移，这种方法还避免了分光器件线度对分辨率的影响；激光的高强度又使强光与物质粒子的相互作用中，产生各种可观测的非线性光谱效应，强光激励还大幅度地提高了待测信号的强度，因而提高了探测的灵敏度。此外，激光的高度方向性，又可以使人们进行微区或定点的光谱分析。以激光光谱学为代表的现代光谱学不仅给光谱学的发展带来深刻的变革，在多种领域中取得的成果也展示着它广阔的应用前景。由于肖洛在激光光谱学建立与发展中做出了重要贡献，肖洛与发展脉泽技术做出贡献的美国物理学家布洛姆根（Bloembergen，Nicolaes 1920～）共同获得1981年诺贝尔物理学奖。
激光光谱技术的典型优点
激光技术的产生对在光谱技术研究上带来了很大的方便
激光的单色性使分光器件分辨率提高
激光的高强度提高了探测的灵敏度；产生非线性光谱效应
激光的高度方向性可对微区或定点的光谱分析成为可能
激光光谱技术的三大典型优点：高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率
尽管传统的光谱学在物质研究中获得了多方面的应用，但在激光问世之前，它的进一步发展已经面临着不可逾越的鸿沟。首先传统光谱学使用普通光源，探测分辨率低，而增强其单色性，又不得不以降低光强为代价，这样又会影响到探测的灵敏度，此外，在弱光辐射下光谱中的许多非线性效应表现不出来，因此包含物质结构深层次的信息被阻断。60年代高强度、高单色性激光的出现给光谱学这门学科注入了新的活力，在其后发展的激光光谱学中，激光光源的优越性被发挥的淋漓尽致。比如激光的单色性使分光器件分辨率提高，高强度提高了探测的灵敏度，而且强光与物质粒子的相互作用中，产生了各种可观测的非线性光谱效应；此外激光的高度方向性又使对微区或定点的光谱分析成为可能。在激光光谱学中，作为光谱分析手段的激光光谱技术由于其高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率也倍受重视，在许多科学技术领域有着非常广泛的应用前景！
激光光谱学的发展
激光光谱学是自激光技术出现以来在传统光谱学基础上发展起来的一门新兴学科。传统光谱学已有300多年的历史。1666年伟大的科学家牛顿用棱镜发现了光的色散现象，由此开始了光谱学的发展，不过在起初的一百多年内，其发展极为缓慢，直到1814年著名的物理学家夫琅和费用他发明的棱镜光谱仪观察到太阳谱线开始，才逐渐进入光谱学发展的盛期，除了对吸收与发射光谱的研究外，还相应发展了对散射光谱的研究，特别是喇曼散射的发现，即在光发生散射时，除了原有频率之外，散射光中还有一些其它频率的光出现，通过喇曼散射可以研究物质的结构与组成等！其实光谱学作为一门实用性学科是由物理学家和化学家共同开创起来的。到20世纪初，传统光谱学已经十分成熟并在冶金、电子、化工、医药、食品等工业部门都成为相当重要的分析手段。
.激光器的产生给光谱学注入新的活力----1960
.用棱镜发现了光的色散现象----1666牛顿
.用棱镜光谱仪观察到太阳谱线----1814夫琅和费
.展开吸收、发射和散射光谱（喇曼散射）研究
.冶金、电子、化工、医药、食品等----20世纪初
激光光谱的原理和分类
激光光谱是指以激光为光源的光谱技术。与普通光源相比，激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等特点，是用来研究光与物质的相互作用，从而辨认物质及其所在体系的结构、组成、状态及其变化的理想光源。激光的出现使原有的光谱技术在灵敏度和分辨率方面得到很大的改善。由于已能获得强度极高、脉冲宽度极窄的激光，对多光子过程、非线性光化学过程以及分子被激发后的弛豫过程的观察成为可能，并分别发展成为新的光谱技术。激光光谱学已成为与物理学、化学、生物学及材料科学等密切相关的研究领域。
可调（谐）激光光源实际上是一台可调谐激光器，又称波长可变激光器或调频激光器。它所发出的激光，波长可连续改变，是理想的光谱研究用光源，可调激光器的波长范围在真空紫外的118.8纳米至微波的8.3毫米之间。可调激光器分为连续波和脉冲两种，脉冲激光的单色性比一般光源好，但其线宽不能低于脉宽的倒数值，分辨率较低。用连续波激光器作光源时，分辨率可达到10-9（线宽＜1兆赫）。
常见的激光光谱包括以下几种：
①吸收光谱。激光用于吸收光谱，可取代普通光源，省去单色器或分光装置。激光的强度高，足以抑制检测器的噪声干扰，激光的准直性有利于采用往复式光路设计，以增加光束通过样品池的次数。所有这些特点均可提高光谱仪的检测灵敏度。除去通过测量光束经过样品池后的衰减率的方法对样品中待测成分进行分析外，由于激光与基质作用后产生的热效应或电离效应也较易检测到，以此为基础发展而成的光声光谱分析技术和激光诱导荧光光谱分析技术已获得应用。利用激光诱导荧光、光致电离和分子束光谱技术的配合，已能有选择地检测出单个原子的存在。
②荧光光谱。高强度激光能够使吸收物种中相当数量的分子提升到激发量子态。因此极大地提高了荧光光谱的灵敏度。以激光为光源的荧光光谱适用于超低浓度样品的检测，例如用氮分子激光泵浦的可调染料激光器对荧光素钠的单脉冲检测限已达到10-10摩尔／升，比用普通光源得到的最高灵敏度提高了一个数量级。
③拉曼光谱。激光使拉曼光谱获得了新生，因为激光的高强度极大地提高了包含双光子过程的拉曼光谱的灵敏度 、分辨率和实用性。为了进一步提高拉曼散射的强度，最近又研究出两种新技术，即共振拉曼光谱法和相关反斯托克斯拉曼光谱法（CARS），使灵敏度得到更大的提高，但尚未成为常规的分析方法。
④高分辨激光光谱。激光对高分辨光谱的发展起很大作用，是研究原子、分子和离子结构的有力工具，可用来研究谱线的精细和超精细分裂、塞曼和斯塔克分裂、光位移、碰撞加宽、碰撞位移等效应。
⑤时间分辨激光光谱。能输出脉冲持续时间短至纳秒或皮秒的高强度脉冲激光器，是研究光与物质相互作用时瞬态过程的有力工具，例如，测定激发态寿命以及研究气 、液、固相中原子、分子和离子的弛豫过程。
激光光谱技术应用
光谱是研究和分析物质结构及成分的重要技术，也是研究原子、分子结构，了解客观世界物质组成的重要手段．
激光有很好的单色性和很高的亮度，用激光作光源，能消除多普勒效应的影响，光谱分辨率达到1010～1011，比通常得到的最高光谱分辨率高100万倍．
利用激光选择激发或选择电离原子、分子，在这个基础上发展起来的激光感应荧光光谱和共振多光子电离光谱，探测灵敏度极高，可探测单个原子或分子．
不用停车测尾气 激光遥测1秒钟出准确数据
当汽车行驶时速在120公里以下，道路边的机动车尾气在线遥控系统，能够在0.1秒的时间内对行驶汽车的尾气排放情况进行迅速分析，只需1秒钟就可以把机动车排放的二氧化碳、烟尘等气体准确检测出来，得出准确的数据，同时给出机动车的速度、加速度以及车长等信息，并将车辆拍照和车牌识别，作为严格检查和处罚的依据。
这一采用高分辨率激光光谱技术的“机动车尾气遥测系统”，是我国“可调谐红外激光差分吸收汽车尾气道边监测技术与系统研究”的重要成果，排放超标的行驶机动车再也逃不过自动检测的“火眼金睛”。
中国科学院安徽光机所刘建国介绍说，该系统2004年通过国家科研课题验收，已经开始在北京、重庆等地“上岗”。该系统采用光谱吸收原理，利用不同污染物对不同频率的光波有不同的吸收程度，而得到的吸收谱线就可以作为识别不同气体的“指纹”，由吸收谱线的位置和强度来确定污染物分子的成分和浓度。该系统用可调谐红外二极管激光器作为光源，用光谱法实时在线分析汽车尾气中一氧化碳和二氧化碳污染物质的浓度，采用紫外差分光谱技术分析碳氢和氮氧化物的浓度，实现了对机动车在行驶过程中排放的尾气污染物进行非接触在线自动监测，并能够实时自动记录车牌号，能够真实反映机动车尾气的排放情况。
据介绍，该设备采用国际最先进的红外可调谐激光二极管光谱检测技术、多种污染物浓度反演模式与计算机分析软件技术、速度加速度光学遥测技术等，属于国内首创，具有高灵敏度、高精度、测量速度快、安装使用方便等特点。它在机动车尾气排放污染物种类的光谱分析方法等多项关键核心技术具有创新性，该系统授权或受理专利11项。
据了解，现有的机动车尾气检测普遍采用“年检”方法，并不能完全真实反映车辆在线的排放状况。路检则存在效率较低、容易影响交通的不利方面。而现在，每当汽车经过时，尾气排放物以及行驶速度、车牌号等相关数据，就一览无余地在车厢内的电脑监视屏上显示出来。以往靠手工时，4人一天只能监测100台车左右，而现在每天至少可以监测1000多台车，可以快速发现高排放车辆，对清洁车辆自动豁免，不影响司机的正常行驶，不会造成交通堵塞。
