光学光谱仪可用于多种不同的光谱技术，从紫外到NIR和SWIR，适用于各种尺寸和时间尺度光谱仪。在以下章节中，我们将介绍不同的光谱技术，包括：
1、拉曼光谱法
2、发光/PL光谱学
3、吸收/透射光谱
4、SFG/SHG光谱
5、LIBS/OES光谱学
6、材料科学光谱学
7、化学与催化光谱学
8、表面增强拉曼光谱(SERS)技术
9、多维超快光谱技术
10、稳态荧光光谱技术
11、燃烧/流体动力学光谱
1.拉曼光谱
拉曼光谱是一种非破坏性技术，用于测量样品的振动模式光谱仪。拉曼光谱测量散射光，这些光可能因分子中振动能级之间的跃迁而失去或获得能量。产生的光谱极其具体地反映了样品的化学成分、分子环境和温度。拉曼光谱的一些应用包括用于药物质量控制、法医鉴定和远程爆炸物及毒品检测的化学品正确定位，作为凝聚态和气相系统中分子动力学的敏感探针，监测低维材料中的缺陷和应变，以及医学诊断。拉曼光谱的子类包括表面增强拉曼(SERS)共振拉曼、尖端增强拉曼、偏振拉曼和超拉曼。
2.发光/PL光谱学
发光是指物质在低温下自发地发出光(不是由热产生的)光谱仪。发光的一些例子包括化学发光、生物发光和电致发光。光致发光是指物质吸收光子后自发地发出光。它被分为两个亚类;荧光，涉及单线态-单线态电子弛豫，发生在纳秒级;以及寿命更长的磷光，由三线态-三线态电子弛豫引起，可持续从微秒到数小时。磷光广泛用于表征半导体的光电性能、材料纯度和晶体质量，载流子寿命和应变效应。磷光还用于研究低维材料中的载流子动力学，例如纳米晶体中的量子限制效应。
3.吸收/透射光谱
吸收/透射光谱学是指样品对辐射的吸收随波长(或频率)变化的现象光谱仪。吸收/透射光谱学可以在整个电磁频谱范围内进行，从高能X射线驱动内壳层电子激发，到低能无线电波辐射中电子和核自旋可以被激发。吸收/透射光谱学既具有特异性又具有定量性，在化学分析和量化样品中物种数量方面特别有用。它还用于远程传感应用，如天文学中的星际分子云化学成分分析，或作为原子和分子电子结构的敏感探针，可用于确定原子和分子的质量及几何结构。
4.SFG/SHG光谱
和频生成(SFG)是一种非线性过程，其中两个角频率分别为ω1和ω2的光子在介质中相互作用，产生一个角频率为ω3的光子光谱仪。由于信号强度取决于输入场的乘积，通常使用具有高峰值电场强度的激光器。二次谐波生成(SHG)是SFG的一个特例，此时ω 1 = ω2，是最常见的SFG类型。由于SFG只能在物质不对称的情况下发生，因此特别适用于表征表面和界面的特性。SFG还用于测量表面的电子和振动动力学。SHG是一种制造新型激光器的常用技术，也用于表征超短激光脉冲(低于1皮秒)。使用SHG的研究应用包括在高分辨率光学显微镜中检测非对称物质以及表征晶体材料。 二次谐波生成(SHG)是一种光谱技术，由于对称性限制，对测量分析物的表面具有独特的敏感性。SHG用于研究脂质体生物层和固体基底上的支撑双层的表面，允许研究膜表面生物分子的分子相互作用和脂质体双层中分子传输的动力学。
5.LIBS/OES光谱学
光学发射光谱法(OES)是一种将样品加热到高温，使样品中的电子被激发到高能态的技术光谱仪。随着样品冷却，电子弛豫并发出可见光谱区域(OES)的辐射。发射的辐射频率具有样品原子特性的特征，可用于确定材料的元素组成。有几种加热样品的方法;包括电感耦合等离子体(ICP)、火焰电离、电弧和火花。激光诱导击穿光谱法是发射光谱学的一个特定分支，其中高强度激光聚焦于样品上形成等离子体，使样品原子化并激发。电子从其激发态弛豫并在激发后几微秒内发出辐射。所得光谱可用于分析样品的元素含量。激光诱导击穿光谱法已应用于金属合金表征、危险物质检测、远距离化学物检测、爆炸残留物检测以及油漆和土壤中铅的检测。
6.材料科学光谱学
在纳米、微米或宏观尺度上对固体进行操控和/或表征，以开发适用于太阳能/光伏电池、储能、LED、新型催化剂、化学检测器、生物医学设备等众多应用的新材料光谱仪。该领域的许多研究人员能够以高精度和可重复性地表征各种材料的化学、结构、电子和/或光学性质，这些研究通常采用拉曼、光致发光/荧光/阴极发光、吸收、光发射光谱和激光诱导击穿谱、二次谐波生成或暗场散射等探测技术。研究人员经常测量结构变化、光子学特性、缺陷的存在、应变/应力下的行为、电子行为以及许多其他物理材料特性。近期感兴趣的材料包括：低维纳米晶体、过渡金属二硫属化物(TMDs)、有机半导体(如OLED)和等离子体超材料。
7.化学与催化光谱学
化学和催化领域有许多小众研究应用，涉及多种专门的光谱技术，这些技术通常需要高端的专业光谱仪器来高效收集足够的光谱数据光谱仪。以下是用于化学和催化应用的一些技术示例。
红外(IR)光谱可用于监测化学反应的进程，因为分子的红外光谱高度依赖于原子组成和分子结构光谱仪。此外，红外光谱还可用于监测分子中的同位素替换，因为力常数(从而振动频率)是系统简化质量的函数。
化学反应动力学机理可以通过UV/VIS(电子)光谱测量，并被应用于理解CO2活化和水分解的机制光谱仪。
拉曼光谱可用于解决流体和液体样品的分子间模式光谱仪。这些模式集中在光谱的低频(0-200 cm-1)区域，是样品的集体运动的结果，对分子间的分子间力特别敏感，并被认为在凝聚相化学反应动力学和动力学中起着关键作用。
8.表面增强拉曼光谱(SERS)技术
表面增强拉曼光谱依赖于金属纳米颗粒(或粗糙金属表面)在外加光源驱动下产生局部电场增强的能力光谱仪。观察到的增强效果可达10^10至10^11倍，提高了该技术对单分子检测的灵敏度。SERS能够检测体液中低浓度的生物分子，并作为下一代医学诊断和早期疾病检测平台正在被探索。
9.多维超快光谱技术
超快光谱学用于研究通常发生在100飞秒(10^-15)时间尺度上的过程，而尖端实验现在正转向研究阿秒(10^-18)量级的过程光谱仪。超快光谱学通常用于研究光化学反应，即化学反应由光引发。超快化学反应可以通过激光启动，分子的行为则通过红外或紫外-可见光谱学进行监测。
超快光谱学中的超快是指用于照射样品并启动或检测反应的光脉冲持续时间;而用于获取吸收光谱的探测器的工作频率为1 – 100 kHz光谱仪。
这项研究的一个典型应用是研究防晒霜中分子的行为，以了解光照射下异构化或分解的变化光谱仪。或者，可以利用光化学反应来更好地理解自然光合作用系统中的能量耦合。这些自然系统具有极高的量子效率，对其起源的深入了解有助于设计稳健的人工光合作用装置。
多维超快光谱学也可用于理解能量转移动力学，例如在二维红外实验中研究振动状态如何相互作用以及能量如何被淬灭光谱仪。
10.稳态荧光光谱技术
稳态荧光光谱法可用于研究RNA-蛋白质相互作用的局部构象变化，因为荧光光谱的强度和形状高度依赖于局部环境，可以成为这些相互作用的极其敏感的探针光谱仪。
11.燃烧/流体动力学光谱
研究流动的气体和液体在(有时)反应性环境中的行为光谱仪。在这些领域中，了解分子能量和成分的流动对于设计更高效的发动机、车辆外观设计、涡轮机、反应堆以及许多需要考虑流体环境操作的其他工程设备至关重要。通常使用分子标记测速(MTV)或粒子成像测速(PIV)等测量方法来表征流体场中的湍流速度波动。这些技术常与其他技术结合使用，例如(平面)激光诱导荧光((P)LIF)，以测量流体温度并监测流动中的化学反应。相干反斯托克斯拉曼光谱(CARS)和化学发光等其他技术也是用于流体流动的有用光学诊断技术。