4.2 光谱线的轮廓和放宽

光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌

一 . 光谱线的轮廓

光强度在一定波长区内都有分布的现象，称光谱线的放宽。其分布的形状就称为谱线的轮廓。

Iλc

Iλmax

λ0

△λhIλ

λ

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Prof.λ

总强度It=∫Iλdλ

1. 产生放宽的机理

a) 辐射原子自身原因：自然宽度，多普勒效应

b) 外界原因：压力放宽

2. 光谱线轮廓的类型

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a) 定义

Prof.λ=Iλ

I tIλ

∫Iλdλ

Iλ=It*Prof. λ

∫Iλdλ=∫ItProf.λdλ=It∫Prof.λdλ=It

∫Prof.λdλ=1 →“ 归一化”性质

=

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以频率 ν 表示

Prof.ν= cν2 Prof.λ

以 ω 表示

Prof.ω=1

2πProf.ν

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b) 色散型 ( 洛仑兹力 ) 轮廓

Prof.ω=γ2π

1

(ω- ω0) + ( )γ2

c) 高斯型轮廓

Prof.ω=( ) exp[- ]4Ln2πγ

4Ln2(ω- ω0)

2 2

2

γ2221

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二 . 谱线的自然宽度t→t+dt

dnn=- Anm nn dt

Nn (t) =nn0e-Anmt

=nnoe -t/τn

Τnm 为跃迁的时间常数，是 Anm 的倒数

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初始条件： t=0 n|t=0 =nn0

海森伯 (Heisenberg) 测不准原理

△E τ△ nm=h/2π=h

1. 定义：激发态原子寿命的不确定性引起能量的 不确定性，由此造成的谱线放宽称自然宽度。

2. 轮廓类型→色散型

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三 . 谱线的多普勒放宽

1. 定义：多普勒放宽

静止：

运动：

ν 0 = cλ0

ν = c+vx

λ0=

cλ0

+vx

λ0

= ν 0 + ν 0 vxc

ν - ν 0 ν 0 = vx

c=

△ νν 0

2. 轮廓类型 → Gausstype

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观察者

V

Vxθ

四 . 谱线的压力放宽

1. 定义：受激原子受其它粒子的碰撞作用，使 辐射状态受干扰而产生的谱线放宽称压力放 宽。

a) 共振放宽：同种原子对激发态原子的干扰

b) 范德瓦尔斯放宽：不同种类原子对激发态原 子的干扰

c) 斯塔克放宽：带电粒子对激发态原子的干扰

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2. 轮廓的类型 →色散型

a)Lorentz 理论：干扰下停止辐射

b)Lentz-Weisskof 理论：干扰时辐射的 频率发生变化

c)Lindholm 理论：干扰时相位产生位移

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Reference:

1.W.Newman: Spectrosopic Methods of Plasma Diagnostics

2. 统计物理学导论

3. 原子光谱学和激发光谱学

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