4.2 光谱线的轮廓和放宽

1. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 4.2 光谱线的轮廓和放宽

2. 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 Iλ 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。 △λh 总强度 It=∫Iλdλ Iλmax Prof.λ λ λ0 Iλc

3. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 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

4. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 a)定义 Iλ Iλ Prof.λ= = ∫Iλdλ I t Iλ=It*Prof. λ ∫Iλdλ=∫ItProf.λdλ=It∫Prof.λdλ=It ∫Prof.λdλ=1 →“归一化”性质

5. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 以频率ν表示 c Prof.ν= Prof.λ ν2 以ω表示 1 Prof.ω= Prof.ν 2π

6. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 b)色散型(洛仑兹力)轮廓 γ 1 Prof.ω= γ 2π 2 2 (ω- ω0) + ( ) 2 c)高斯型轮廓 1 2 4Ln2 4Ln2(ω- ω0) 2 Prof.ω=( ) exp[- ] 2 πγ γ2

7. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 二.谱线的自然宽度 t→t+dt dnn=- Anm nn dt -Anmt Nn (t)=nn0e 初始条件：t=0 n|t=0 =nn0 -t/τn =nnoe Τnm为跃迁的时间常数，是Anm的倒数

8. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 海森伯(Heisenberg)测不准原理 △E△τnm=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

9. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 三.谱线的多普勒放宽 1.定义：多普勒放宽 V c ν0 = 静止： θ λ0 观察者 Vx c vx c+vx 运动： ν= + = λ0 λ0 λ0 vx = ν0 + ν0 c ν ν- ν0 vx △ = = ν0 ν0 c 2.轮廓类型 →Gausstype

10. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 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

11. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 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

12. 光源原理与设计—气体放电的基本原理 诸定昌 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