光譜分類：按物質和光的作用方可分為三類

①發射光譜學：利用原子或分子的發射光譜進行研究。每種原子和分子都有特定的能級結構和光譜系列，通過對發射光譜的研究可得到關于原子和分子能級結構的許多知識、測定各種重要常數以及進行化學元素的定性和定量分析等。

②吸收光譜學：分子或原子團在各個波段均有特征吸收，主要表現為分子光譜所特有的帶狀吸收譜。廣泛被采用的紅外吸收光譜是由分子的同一電子態內不同振動和轉動能級間的躍遷產生。紅外吸收光譜主要用來研究分子的能級結構和分子結構，或進行分子的定性和定量分析等。對吸收光譜和發射光譜的研究常互為補充。

③拉曼光譜學：在拉曼散射中，拉曼譜線起源于散射物質分子的振動和轉動，反映了分子的內部結構和運動，通過拉曼光譜可對化合物進行定性和定量分析、測定分子的振動和轉動頻率及有關常數、了解分子內部或分子間的作用力、推斷分子結構的對稱性和幾何形狀等。拉曼光譜的應用范圍遍及物理學、化學、生物學的許多領域。新型光源激光的應用有力地推動了拉曼光譜學的發展。

按光源的不同分為，可分為以下兩類：

①激光光譜學以激光為光源的光譜學分支。激光的譜線寬度窄、強度高和方向性好等獨特優點給光譜學帶來了全新的面貌，它不僅具有極高的光譜分辨率和探測靈敏度，而且還開拓了包括非線性效應和相干拉曼光譜學等在內的許多新領域。

②非激光光譜學

內容發射光譜學 物體發光直接產生的光譜叫做發射光譜 。發射光譜可以區分為三種不同類別的光譜：線狀光譜、帶狀光譜和連續光譜。線狀光譜主要產生于原子，帶狀光譜主要產生于分子，連續光譜則主要產生于白熾的固體或氣體放電。現代觀測到的原子發射的光譜線已有百萬條了。每種原子都有其獨特的光譜，猶如人的指紋一樣是各不相同的。

研究發射光譜的學問是發射光譜學。

處于高能級的原子或分子在向較低能級躍遷時產生輻射，將多余的能量發射出去形成的光譜.要使原子或分子處于較高能級就要供給它能量這叫激發.被激發的處于較高能級的原子、分子向低能級躍遷放出頻率為n的光子在原子光譜的研究中多采用發射光譜，例如氫原子處在正常狀態時電子是在離核最近的n=1的可能軌道上運動，這時它的能量最少也比較穩定。當原子受到外界因素的激發時電子吸收一定的能量而躍入其他能量較高的可能軌道上去，這時電子不穩定.它能自發地跳躍到較低能級的可能軌道上并發出一個光子，從不同的能量較高的可能軌道上跳躍到同一能量較低的可能軌道上來時所發出的譜線卻屬于同一線系，若電子從3、4、5、6……等可能軌道上跳躍到n=2的可能軌道上時所發出的譜線都屬于巴爾末線系.大量處于激發態的原子會發出各不相同的譜線組成了氫原子光譜的全部譜線，由于產生的情況不同，發射光譜又可分為連續光譜和明線光譜。

(1)稀薄氣體發光是由不連續的亮線組成，這種發射光譜又叫做明線光譜,原子產生的明線光譜也叫做原子光譜。

(2)固體或液體及高壓氣體的發射光譜，是由連續分布的波長的光組成的，這種光譜做連續光譜。例如電燈絲發出的光、熾熱的鋼水發出的光都形成連續光譜。

吸收光譜學

當一束具有連續波長的光通過一種物質時，光束中的某些成分便會有所減弱，當經過物質而被吸收的光束由光譜儀展成光譜時，就得到該物質的吸收光譜。幾乎所有物質都有其獨特的吸收光譜。原子的吸收光譜所給出的有關能級結構的知識同發射光譜所給出的是互為補充的。

一般來說，吸收光譜學所研究的是物質吸收了那些波長的光，吸收的程度如何，為什么會有吸收等問題。研究的對象基本上為分子。吸收光譜的光譜范圍是很廣闊的，大約從10nm到1000μm。在200nm到800nm的光譜范圍內，可以觀測到固體、液體和溶液的吸收，這些吸收有的是連續的，稱為一般吸收光譜;有的顯示出一個或多個吸收帶，稱為選擇吸收光譜。所有這些光譜都是由于分子的電子態的變化而產生的。

選擇吸收光譜在有機化學中有廣泛的應用，包括對化合物的鑒定、化學過程的控制、分子結構的確定、定性和定量化學分析等。

分子的紅外吸收光譜一般是研究分子的振動光譜與轉動光譜的，其中分子振動光譜一直是主要的研究課題。分子振動光譜的研究表明，許多振動頻率基本上是分子內部的某些很小的原子團的振動頻率，并且這些頻率就是這些原子團的特征，而不管分子的其余的成分如何。這很像可見光區域色基的吸收光譜，這一事實在分子紅外吸收光譜的應用中是很重要的。多年來都用來研究多原子分子結構、分子的定量及定性分析等。在散射光譜學中，拉曼光譜學是最為普遍的光譜學技術。當光通過物質時，除了光的透射和光的吸收外，還觀測到光的散射。在散射光中除了包括原來的入射光的頻率外(瑞利散射和廷德耳散射)，還包括一些新的頻率。這種產生新頻率的散射稱為喇曼散射，其光譜稱為拉曼光譜。

拉曼散射的強度是極小的，大約為瑞利散射的千分之一。拉曼頻率及強度、偏振等標志著散射物質的性質。從這些資料可以導出物質結構及物質組成成分的知識。這就是拉曼光譜具有廣泛應用的原因。由于拉曼散射非常弱，所以一直到1928年才被印度物理學家拉曼等所發現。他們在用汞燈的單色光來照射某些液體時，在液體的散射光中觀測到了頻率低于入射光頻率的新譜線。在拉曼等人宣布了他們的發現的幾個月后，蘇聯物理學家蘭茨見格等也獨立地報道了晶體中的這種效應的存在。

拉曼效應起源于分子振動(和點陣振動)與轉動，因此從拉曼光譜中可以得到分子振動能級(點陣振動能級)與轉動能級結構的知識。拉曼散射強度是十分微弱的，在激光器出現之前，為了得到一幅完善的光譜，往往很費時間。自從激光器得到發展以后，利用激光器作為激發光源，拉曼光譜學技術發生了很大的變革。激光器輸出的激光具有很好的單色性、方向性，且強度很大，因而它們成為獲得拉曼光譜的近乎理想的光源，特別是連續波氬離子激光器與氨離子激光器。于是拉曼光譜學的研究又變得非常活躍了，其研究范圍也有了很大的擴展。除擴大了所研究的物質的品種以外，在研究燃燒過程、探測環境污染、分析各種材料等方面拉曼光譜技術也已成為很有用的工具。

束箔光譜學

束箔光譜學是21世紀國際上發展起來的一門新興學科。主要內容是，用被加速的離子撞擊不同元素的薄箔的方法研究基礎原子物理學、測量電子能級的平均壽命。

現代國際上已有很多人將加速器改裝用來研究束箔問題。能量在102～103eV范圍的束箔實驗可以揭示被加速的元素低電離的電子特性，高達8～10MeV/核子的范圍可以產生高Z的單電子和雙電子系統的躍遷，這種躍遷可靈敏地檢驗量子電動力學。束箔技術應用于天體物理問題上，可以對日冕的性質以及銀河系中元素的豐度得到很好的理解。從事原子物理學、光譜學、天體物理學等研究工作的實驗學家和理論學家閱讀本書會獲得很多原子系統的豐富信息。大學物理系的師生和研究生閱讀本書，亦會受益。

光聲光譜學

以光聲效應為基礎的一種新型光譜分析檢測技術。用一束強度可調制的單色光照射到密封于光聲池中的樣品上，樣品吸收光能，并以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使樣品和周圍介質按光的調制頻率產生周期性加熱，從而導致介質產生周期性壓力波動，這種壓力波動可用靈敏的微音器或壓電陶瓷傳聲器檢測，并通過放大得到光聲信號，這就是光聲效應。

若入射單色光波長可變，則可測到隨波長而變的光聲信號圖譜，這就是光聲光譜。若入射光是聚焦而成的細束光并按樣品的x-y軸掃描方式移動，則能記錄到光聲信號隨樣品位置的變化，這就是光聲成像技術。入射光為強度經過調制的單色光，光強度調制可用切光器。光聲池是一封閉容器，內放樣品和傳聲器。固體樣品，樣品周圍充以不吸收光輻射的氣體介質，如空氣。若是液體或氣體樣品，則用樣品充滿光聲池。傳聲器應很靈敏，對于氣體樣品，電容型駐極體傳聲器比較適宜，它配以電子檢測系統可測10-6℃的溫升或10-9J/(cm3·s)的熱量輸入。對于液體和固體樣品，最好采用與樣品緊密接觸的壓電陶瓷檢測器。由于光聲光譜測量的是樣品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等對測量干擾很小，故光聲光譜適于測量高散射樣品、不透光樣品、吸收光強與入射光強比值很小的弱吸收樣品和低濃度樣品等，而且樣品無論是晶體、粉末、膠體等均可測量，這是普通光譜做不到的。光聲效應與調制頻率有關，改變調制頻率可獲得樣品表面不同深度的信息，所以它是提供表面不同深度結構信息的無損探測方法。

光聲光譜學是光譜技術與量熱技術結合的產物，是20世紀70年代初發展起來的檢測物質和研究物質性能的新方法。光聲技術在不斷發展，已出現適用于氣體分析的二氧化碳激光光源紅外光聲光譜儀，適用于固體和液體分析的氙燈紫外-可見光聲光譜儀，以及傅里葉變換光聲光譜儀。光熱偏轉光譜法、光聲拉曼光譜法、光聲顯微鏡、激光熱透鏡法及熱波成像技術都在迅速發展。光聲光譜技術在物理、化學、生物學、醫學、地質學和材料科學等方面得到廣泛應用。

偏振光譜學

消除多普勒效應的另一種方法是偏振光譜學技術。

這種技術的特點是，測量光的偏振的微小變化比測量強度的變化要容易得多，因而測量的靈敏度可以明顯地提高。如同在飽和光譜學中那樣，從激光器出射的光束也分為兩束，其中一個比另一個要強得多，并且也是以相反方向通過所研究的樣品的。但是，在偏振光譜學中，弱的測試光束是線偏振的并且通過放在交叉偏振器之間的氣體樣品。如果測試光束在通過樣品時不改變它的偏振情況，是不會到達探測器的。但是飽和光束卻能引起這種改變。因為當它首先通過四分之一波片時，它就變為圓偏振光了。圓偏振光的電場方向是轉動的，或是順時針轉動或是逆時針轉動。原子吸收圓偏振光的幾率依賴于原子的角動量的取向。初始原子的取向是無規的，但當某些原子的取向能夠吸收一種圓偏振光后，飽和光束便使得這些原子所處的原子能級變空了，而具有相反角動量取向的原子相對變多了。當線偏振的測試光束通過氣體的同一區域時，取向的原子便會改變測試光束的傳播。

這個原因是容易理解的。線偏振光可以看作是強度相等的兩種圓偏振光的疊加，一種圓偏振光的電場沿著順時針方向轉動，另一種圓偏振光的電場沿著逆時針方向轉動。當測試光束通過氣體時，它碰到的原子會過多地吸收一種圓偏振的光，因為這些原子相對的數目是多的。其結果是一種圓偏振光的強度有所減弱，而另一種則相對地變強。因此，從氣體樣品中出來的測試光束不再是線偏振的，而變為橢圓偏振光了。

這樣，測試光束就有了一個分量能夠通過交叉的偏振器。但是，所有這些情況的發生必須是飽和光束與測試光束作用于相同原子上，即無多普勒移位的原子上。在這方面偏振光譜學同飽和光譜學是一樣的，事實上，偏振光譜學是從飽和光譜學中派生出來的。這種光譜學技術的最大特點是基本上沒有噪聲，利用這種技術可以得到更為精密的能級結構知識，例如，測量結果把里德伯常數值的精度提高了三倍，而使之成為最精確的已知基本常數。

雙光子光譜學

也是消除光譜線多普勒增寬的一種好方法。這種技術于1974年首先見諸報道。在這種技術中，一束光由反射鏡沿著原路線反射回去，從而它們沿著相同的光軸向相反方向傳播，疊加后成為駐波。氣體樣品便放置在駐波場中。如果把激光光束的頻率調到所選定的原子躍遷頻率的一半時，在一定的條件下，同光束發生相互作用的每一個原子會同時地從兩個相反方向傳播的光束中各吸收一個光子。設想在駐波場中沿著光軸方向運動著的一個原子在吸收從相反方向來的兩個光子時，光子之一的多普勒移位是朝著紫光方向的，也就是說具有較高的頻率，而另一個光子的多普勒移位則是朝著紅光方向的，移位的大小同前一個光子的相等。

所以，兩個被吸收的光子的總能量為常數，而不管原子的運動速度如何。因此，雙光子吸收便抵消了原子運動的多普勒效應，原子吸收的光頻率之和恰好為原子躍遷頻率。如果激光器的輸出頻率稍稍偏離于原子躍遷頻率的一半時，原子便不會吸收兩個相反方向的光子。因此，消除譜線多普勒增寬的效果是不佳的。即只有當激光頻率同原子躍遷頻率相匹配時，才能有效地消除多普勒增寬。

在雙光子吸收光譜學中，所有同激光光束發生相互作用的原子都能對無多普勒效應的信號作出貢獻，而不僅限于垂直光軸方向運動的原子，因此無多普勒效應的信號是很強的。這同飽和光譜學和偏振光譜學不同。在這兩種光譜中，沒有多普勒效應的原子是有選擇的，原子的運動要垂直于光軸;而在雙光子吸收光譜學中，凡是同光束發生相互作用的原子都可消除其多普勒效應。隨著科技的進展，光譜學所涉及的電磁波波段越來越寬廣，從波長處于皮米級的γ射線，到X射線，紫外線，可見光區域，紅外線，微波，再到波長可達幾公里的無線電波，都有其與物質作用的特征形式。按照光與物質的作用形式，光譜一般可分為吸收光譜、發射光譜、散射光譜等。

通過光譜學研究，人們可以解析原子與分子的能級與幾何結構、特定化學過程的反應速率、某物質在太空中特定區域的濃度分布等多方面的微觀與宏觀性質。人們也可以利用物質的特定組成結構來產生具有特殊光學性質的光譜，例如特定頻率的激光。光譜學并不僅是一門基礎科學，在日常應用中它也是一種重要的定性、定量測量方法，例如水質中各項物質含量的分析、通過分析血液中蛋白質的含量進行疾病預防與監測、使用最優波段進行光纖通訊等。自上世紀中葉激光被發現以來，人類對于光的控制達到了新的階段，可以產生具有前所未有的亮度、頻率分布以及時間分辨率的電磁輻射，開啟了通向非線性光學與非線性光譜學的大門，使得光譜學處于高速發展的嶄新時期。