荧光光谱是一种在材料、物理、化学、医学等领域都得到广泛应用的强有力工具。通过分析材料的荧光，人们可以获得半导体材料的能级结构、能级寿命，纳米结构的激发和发光机制，有机分子的功能团类型，环境中的痕量污染物等信息。　　 一个典型的紫外荧光光谱系统应当包括紫外光源，分光机构，光电探测器及微弱信号测量系统，包含调制器、透镜组的光路，和用于仪器控制和信号采集的计算机等。在本课题中设计一种以N2分子激光器为激发源的紫外荧光光谱系统。在研究过程中，涉及了微弱信号、高压大电流快速开关器件的制作、高压脉冲的产生、以及高速采样积分等诸多问题。为解决这些实际问题，自研、自制了一批工具和仪器，而这些自研、自制的仪器，不仅可以用于本课题中的紫外荧光光谱系统，也可以用于其它一些相关联的领域。　　 (1)本论文中光谱测量系统使用一台国产单色仪作为分光机构。使用低噪声PIN光电二极管制作了光探头。为了达到极低的探测极限(1pW)，设计并制作了pA级的电流前置放大器，用于测量PIN光探头的输出信号。前置放大器的输出信号可使用锁相放大器测量，也可直接使用电压表监控。　　 (2)微弱电流前置放大器是光谱测量系统的主要难点。由于PIN光探头的响应度在0.1～0.5A/W之间，为保证1pW的探测极限，要求放大器具有不高于100fA的偏置电流。目前，很多集成运算放大器可以满足偏置电流的要求。然而，由于工艺的限制，相较于分立元件，低偏置电流的集成运算放大器一般具有更高的输入电压噪声，例如在STM，SEM中普遍使用的OPA128LM，具有典型值为27nv/√Hz@1kHz和92nv/√Hz@10Hz的输入电压噪声密度。由于微弱电流测量一般需要高阻值的反馈电阻进行I/V转换，在低源内阻的情况下，电压增益将非常高。例如，在使用了10GOhm和500MOhm分别作为两个量程的反馈电阻，在源内阻10MOhm的条件下，最小量程的电压增益将达到1000倍，输入电压噪声将严重降低信噪比。因此，选择使用筛选的结型场效应管(2sk170，0.95nv/√Hz)制作前置放大器的输入级，保证了极低的偏置电流和输入电压噪声密度。　　 (3)一般紫外荧光光谱仪使用的光源多为HeCd激光、使用非线性晶体倍频的激光器、或具有紫外区输出的调谐激光器等。由于上述激光器大多价格昂贵，结构复杂，在实验室现有条件下难以制作。因此采用一种脉冲气体激光器，N2分子激光器作为激发光源。N2激光器的激光上能级寿命短，下能级寿命长，且激光增益率高，即使不使用谐振腔和真空、密封系统，也可以获得脉冲激光输出。这使得其设计和制作非常简便。　　 N2激光器是一种脉冲放电激励的气体激光器，在横向激励(TE)模式下使用一对平行的工作电极对气体放电，激光由平行于电极的激发态气体产生。该激光器需要的工作电压一般在15KV以上，放电脉冲在纳秒量级，电流峰值为数安培。由于半导体器件的结构特点，半导体开关器件如三极管、场效应管、闸流管等都不能同时满足上诉条件。本文中，选择了自制的可触发火花隙作为N2激光器的开关器件。　　 可触发火花隙需要在触发级上施加一个高电压脉冲来触发阴极和阳极之间的放电。N2激光器的时域特性由其驱动脉冲决定。一般的，在高压脉冲技术中，常使用电感或变压器作为磁储能元件，通过切换电流来产生高压脉冲。但受限于大电流开关器件本身的特点，如开关速度（功率场效应管在微秒量级），这种方式很难产生低延时和低抖动的高压脉冲。　　 雪崩三极管是一种常用语超快前沿脉冲发生的高速器件。其通过集电极和基极之间的可恢复雪崩击穿工作。雪崩三极管的工作电压一般在几十伏至数百伏之间，不能直接产生高压脉冲，本课题中，使用雪崩三极管组成Marx电路以提高其输出电压。该电路的特点是，使可以直接使用TTL电平控制，具有极低的延时和抖动，并且可以输出一路参考信号，提供给锁相放大器或Boxcar采样积分器。　　 由于雪崩三极管Marx电路的输出脉冲的时域特性良好，不仅可以用于可触发火花隙的触发，也可以使用诸如半导体激光器驱动、LED测试、Q开关驱动等场合。　　 (4)由于N2激光器输出脉冲宽度是约5ns左右，使用示波器直接观测效果非常差。为此，设计并制作了的采样积分放大器以测量N2激光器的脉冲宽度和RMS抖动。　　 该采样积分器的结构是:前置放大器——高速开关（以延时发生器DG535控制）——积分电容——输出放大器——模数转换器。一般采样积分放大器使用具有低输入电容的结型场效应管为开关器件，如在某型号Boxcar模块中，采用型号为2n4416的低结电容、高速结型场效应管作为开关器件，时间分辨率为2ns。为了保证高时间分辨率我使用高速二极管1n5177（意法半导体公司产品，少子寿命100ps，结电容2pF）制作开关器件，以恒流源偏置，通过改变电流流向来控制其开关。　　 使用该自制的boxcar采样积分放大器，测量N2激光器的输出脉冲宽度为4ns;RMS抖动为4ns。