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當(dāng)一束連續(xù)光通過透明介質(zhì)時(shí)，如果光波能量和介質(zhì)中從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的能量間隔相等，介質(zhì)中的狀態(tài)將由基態(tài)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，透過透明介質(zhì)的光將因這樣的吸收而光強(qiáng)減弱。由于激發(fā)態(tài)不同，它們的吸收能量不一樣，這樣在記錄透過透明介質(zhì)后的光強(qiáng)時(shí)就形成了光強(qiáng)隨著波長(zhǎng)變化的譜線，即吸收光譜。吸收光譜可以給出材料基質(zhì)和激活離子的激發(fā)態(tài)能級(jí)的位置和它們的分布情況。
一束特定波長(zhǎng)的單色光將激活離子從基態(tài)激發(fā)到某一個(gè)激發(fā)態(tài)能級(jí)，從這個(gè)激發(fā)態(tài)向低于它的各個(gè)能級(jí)躍遷發(fā)光，可以得到它到下面各個(gè)能級(jí)以及下面各能級(jí)到更低能級(jí)的發(fā)光譜圖，即熒光光譜。材料所發(fā)熒光經(jīng)單色儀分光后，由探測(cè)器收集并記錄下各個(gè)波長(zhǎng)的發(fā)光強(qiáng)度，它能夠反映這個(gè)能級(jí)到下面各個(gè)能級(jí)的躍遷概率、熒光強(qiáng)度以及熒光分支比等信息，提供該材料的最佳發(fā)射波長(zhǎng)。同時(shí)，可以求得下面各個(gè)能級(jí)的位置，包括稀土離子的能級(jí)在晶場(chǎng)中的劈裂情況等。
監(jiān)控一個(gè)特殊的熒光發(fā)射波長(zhǎng)，改變激發(fā)波長(zhǎng)，得到一個(gè)在不同波長(zhǎng)激發(fā)下的熒光強(qiáng)度變化圖，即激發(fā)光譜。激發(fā)光譜可以提供熒光能級(jí)以上各個(gè)能級(jí)的位置，反映出各個(gè)能級(jí)向熒光能級(jí)的能量傳遞能力，找出該熒光獲得最高效率的最佳發(fā)射波長(zhǎng)。
在復(fù)雜晶體中，通常有幾個(gè)稀土離子可以取代的陽(yáng)離子格位，稀土離子的發(fā)光變得復(fù)雜并且難以分析。激光器出現(xiàn)以后，利用激光功率高、單色性好的特點(diǎn)，發(fā)展起來一種新的光譜測(cè)量方法，稱為選擇激發(fā)光譜。一般同一種稀土離子摻雜到同一晶體的不同格位時(shí)，不同格位稀土離子的能級(jí)會(huì)產(chǎn)生微小差別，可以利用可調(diào)諧激光器，調(diào)到一個(gè)合適的激發(fā)波長(zhǎng)使某個(gè)格位的離子被激發(fā)，另一些離子暫不激發(fā)，得到一個(gè)格位的光譜后再按照同樣的操作更換到其他格位。這樣的復(fù)雜光譜將被各個(gè)格位的光譜解析。
