光谱宽度解析
光谱线宽
Z
.
8
而 氦 氖 激 光 器 0.6328 m 谱 线 的 宽 度 为
=1． 3× 109 HZ 因 此 ， 在 区 间 中 ， 可 以 存 在 的 纵 模 个 数 为
N
k
1 .3 10 9 1 .5 10 8
8
.
9
比如缩短腔长Ｌ到 0.1c 即Ｌ 则 q0.110 q1=1.5×109Hz
的波长差，亦即在给定d的标准具中，若入射光的波长在λ1到λ1+ Δλ的波长范围以内，则所产生的干涉圆环不重叠，我们称此Δλ
为标准具常数或称标准具的自由光谱范围。标准具的厚度d比谐振
腔的长度L小得多, 因此它的自由光谱区比谐振腔的纵模间隔大得
多。也可用频率表示之。因为
c
所以 c c 此为自由光谱区。
)它们各
生一组同心圆环状的干涉亮条纹(主最大)，对同一干涉级(k)，
λ2的干涉圆环的直径较λ1的小些，如图所示，
.
标准具简介
当满足: 2ndcosi′= k λ1 =(k-1) λ2的第(k-1)级亮圆环重迭,因而得
λ2时，λ1的2第k级1亮圆k2环与
由于在法布里—珀罗标准具中, 大多数情况下, cosi′≈1，
在 区间中，可能存在的纵模个数为 Ｎ=1。
10
.
3. 腔内插入法布里－珀罗标准具
多光束干涉，透射峰频率
q
q c
2ndcos
q 为正整数； n 为标准具两镜间介 质折射率； d 为标准具长度； 为标准具内光线与 法线的夹角
相邻透过率峰的频率间隔
.
q
c
2ndcos
H
透射谱线宽度
q
c 1R 2nd R
光谱线增宽
1.极子阻尼振动时释放能量 —— 自发辐射现象
U
t 2
e
U 0e
t 2
cos2v0 t
其阻尼振动形式为
U U 0e
t 2
cos2v0t
(1-60)
其发射的光强 I U
2
, 可表示为 I AU 2 e 0
t
其中:τ——驰豫时间，振子的辐射寿命 当
三种跃迁中单位时间内发生跃迁的粒子数密度
dn2 ( ) sp n2 A21 (v)dv n2 A21 f (v)dv 0 0 dt n2 A21 f (v)dv n2 A21
0
dn2 ( ) st n2W21 (v)dv n2 B21 f (v) v dv 0 0 dt dn2 ( ) st n1W12 (v)dv n1 B12 f (v ) v dv 0 0 dt
CO2
D
Ne
(CO2的多普勒线宽小得多)
其它展宽
（1） 飞行时间展宽
（2） 仪器增宽
1.4.5 均匀增宽和非均匀增宽 一. 均匀增宽 Homogeneous broadening ：
自然增宽、碰撞增宽
共同特点：
• 引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的
• 都是光辐射偏离简谐波引起的谱线加宽 在这类加宽中，每一粒子的发光对谱线内的任一频率都有贡献， 我们不能把某一发光粒子和曲线中某一频率单独联系起来
（1-53）
与
dn2 ( ) st W21n2 dt
对比有
W21 B21 f (v0 )
ρ vv
'
(1-54)
第三章原子谱线的宽度
• 自吸引起谱线宽度的表观性增大
• 共振线是原子由激发态跃迁至基态而产生 的。由于这种迁移及激发所需要的能量最 低，所以基态原子对共振线的吸收也最严 重。当元素浓度很大时，共振线呈现自蚀 现象。自吸现象严重的谱线，往往具有一 定的宽度，这是由于同类原子的互相碰撞 而引起的，称为共振变宽。 • 由于自吸现象严重影响谱线强度，所以在 光谱定量分析中是一个必须注意的问题。
• Stark分裂的谱线是偏振的。对Stark效应的 圆满解释是早期量子力学的重大胜利。 • Stark效应应用于原子分子结构的研究。 Stark效应是谱线增宽的原因之一，当气体 放电电流密度较大时，产生大量带电离子， 它们对发光原子产生较强的内部电场，引 起谱线Stark分裂；离子与发光原子的距离 不同，谱线分裂的大小不同，叠加的结果 导致谱线增宽。等离子谱线的Stark增宽可 用于内部电场强度和带电粒子密度的测定。
二、压力变宽
压力变宽又称碰撞变宽。粒子（原子、分子、
电子、离子等）在输送过程中互相发生碰撞，引
起的谱线变宽。这种变宽和气体压力有关，气体
压力升高，粒子相互碰撞机会增多，碰撞变宽就 加大。它分为如下两种类型： Lorentz变宽
Holtsmark变宽
Lorentz变宽（ΔνL）
Lorentz变宽：正在发生辐射跃迁或吸收跃迁的 原子，同其他原子相碰撞，会引起谱线变宽、 中心波长位移和谱线轮廓不对称。 与非同类原子相互碰撞。
这种效应无论是在空心阴极灯中发光原子还 是原子化器中被测基态原子都存在。
• Doppler变宽与元素的相对原子质量、温度 和谱线的频率（或波长）有关。 • 温度越高，谱线变宽加大 • 原子量大的原子，变宽效应较小；原子量 小且难电离的原子，变宽效应严重 • 谱线频率（或波长）越大，展宽越显著
光谱宽度
光谱宽度 spectral width
式中：
λ——光源波长；
λ0——光源中心波长。
-3dB 谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降一半处光谱线两点间的波长间
隔，称之为FWHM 谱宽（或称-3dB 谱宽）。
定义4：-20dB 谱宽。-20dB 谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降20dB 处光谱线两点间的波长间隔，称FWHM一般用于描述多纵模光源，-20dB谱宽一般用于描述单纵模光源。
【中文名称】：光谱宽度
【英文名称】：SPECTRAL WIDTH
【中文名称】：光谱宽度
【定义1】： "根据激光器种类的不同，其光谱特性有两种衡量方法:用于多模激光器的均方根（RMS）谱宽和用于单谱激光器的-20dB下的谱宽。
均方根谱宽为激光器发射光谱分布的标准偏差。RMS宽度的测量方法应考虑从峰值模下降不多于20dB的所有模式。
-20dB下谱宽为标准工作条件下，激光器所发射的光峰值波长最大幅度下降20dB时，光谱线两边所对应的波长间隔。"
均方根谱宽为激光器发射光谱分布的标准偏差。RMS宽度的测量方法应从峰值模下降不多于20dB的所有模式。
-20dB下谱宽为标准工作条件下，激光器所发射的光峰值波长最大幅度下降20dB时，光谱线两边所对应的波长间隔。
【来源】： YD/T 1351-2005；YD/T 1352-2005；
【定义1】： 光谱或光谱特性的波长范围的量度。
【来源】： GB/T 14733.12-2008（术语标准）；
【定义2】： 基于不同的光源类型，光谱宽度有几种不同的定义：均方根谱宽（RMS）、-3dB 谱宽（FWHM）和-20dB 谱宽。其中RMS和FWHM一般用于描述多纵模光源，-20dB谱宽一般用于描述单纵模光源。
谱线宽度展宽课件
探测器
用于检测原子发射的荧光或其 他信号，记录实验数据。
真空系统
保证实验环境清洁，减少气体 分子对原子运动的干扰。
实验步骤
原子束源调整
调整原子束源的参数，使原子 流稳定、均匀。
数据采集
启动探测器记录实验数据，包 括原子荧光信号和其他相关参 数。
准备实验环境
包括安装和调试实验设备，确 保实验环境清洁、安全。
压强
随着压强的增大，原子或 分子之间的碰撞频率增加 ，导致谱线宽度增大。
介质
不同介质对光谱的吸收和 散射作用不同，也会影响 谱线宽度。
02 谱线宽度展宽的物理机制
自然宽度
自然宽度
谱线在自然状态下受到原子或分子内部能量的无规则涨落 影响，导致谱线宽度发生变化。这种展宽机制不受外部因 素的影响，是谱线固有的特性。
谱线宽度展宽在物理实验中还可以用于测量物质的物理常数 和参数。例如，通过测量谱线宽度，可以精确测定物质的折 射率、吸收系数等参数，为物理研究和应用提供重要的数据 支持。
04 谱线宽度展宽的实验方法
实验设备
01
02
03
04
原子束源
用于产生单原子流，是谱线宽 度展宽实验的基本条件。
磁场装置
用于控制原子磁矩的取向，影 响原子能级分裂。
谱线宽度展宽在化学分析中还可以用于研究化学反应的动力学过程。通过监测反应过程中谱线宽度的 变化，可以推断出反应速率常数、反应机理等信息，有助于深入了解化学反应的本质和机制。
物理实验
谱线宽度展宽在物理实验中可用于研究物质的物理性质和过 程。例如，在研究激光光谱、原子和分子能级结构、量子力 学等现象时，谱线宽度展宽可以提供有关物质内部结构和相 互作用的重要信息。
光谱仪狭缝宽度的选择原则
光谱仪狭缝宽度的选择原则
光谱仪狭缝宽度的选择原则主要有以下几点：
1. 实验条件：狭缝宽度的选择应首先考虑实验条件，包括光源的稳定性、探测器的响应速度、光谱范围以及分辨率要求等。
对于高分辨率和高灵敏度的测量，需要选择较窄的狭缝宽度。
2. 信噪比：在实验条件允许的情况下，应根据信号强度和背景噪声水平选择合适的狭缝宽度。
较窄的狭缝可以减小背景噪声，提高信噪比，但同时也会降低光通量，可能导致积分时间延长。
3. 光通量：对于某些需要快速测量的应用，如时间分辨光谱，需要选择较大的狭缝宽度以增加光通量，缩短积分时间。
4. 对比度：狭缝宽度应足以在所需光谱范围内提供足够的对比度。
对于低对比度的样品，需要选择较窄的狭缝以增加对比度。
5. 稳定性：对于需要长时间积分测量的光谱，应选择稳定的狭缝材料和设计，以减少狭缝宽度随时间的变化。
6. 仪器性能：实际选择的狭缝宽度还应考虑光谱仪的性能，如探测器的动态范围、积分放大器的线性范围以及电子控制系统的稳定性等。
综上所述，光谱仪狭缝宽度的选择原则需要考虑实验条件、信噪比、光通量、对比度、稳定性和仪器性能等多个因素。
根据具体情况进行综合权衡，选择最合适的狭缝宽度以获得最佳的光谱测量结果。
1。
原子吸收光谱谱线宽度的影响
原子吸收光谱谱线宽度的影响
原子吸收光谱谱线宽度的影响主要体现在以下几个方面：
1. 自然展宽：能级间跃迁时，由于电子在能级之间的存在时间有限，存在能级中心的不确定性，导致谱线宽度有一个固有的自然展宽。
自然展宽与能级寿命相关，寿命越短，展宽越宽。
2. 碰撞展宽：在气体中，原子与其他物质发生碰撞会影响原子能级的寿命，从而导致谱线的展宽。
碰撞越频繁，展宽越宽。
碰撞展宽的大小与气体的密度和温度有关。
3. 多普勒展宽：原子运动引起的多普勒效应也会对谱线产生展宽。
根据多普勒效应，原子速度
越大，对光频率的偏移越大，从而导致谱线展宽。
多普勒展宽的大小与原子速度的分布和温度
有关。
4. 仪器展宽：测量过程中的仪器响应和分辨率也会对谱线宽度产生影响。
仪器的分辨率越低，
则谱线展宽越大。
总的来说，原子吸收光谱谱线宽度的影响因素非常复杂，包括自然展宽、碰撞展宽、多普勒展
宽和仪器展宽等多个方面的影响。
原子光谱宽度与原子寿命
原子光谱宽度与原子寿命
原子光谱宽度与原子寿命之间存在一定的关系。
原子光谱宽度是指原子中能级之间的能量差产生的谱线的宽度。
而原子寿命是指原子中一个特定能级的激发态能级维持时间的长短。
根据不确定性原理，能级之间的能量差越小，精确测量能量差的误差就越大，于是对应的谱线宽度也会增大。
相反，能级之间的能量差越大，精确测量能量差的误差就越小，谱线宽度也会减小。
原子寿命和光谱宽度之间也存在一定的关系。
原子寿命长的激发态能级对应的谱线宽度通常较窄，而原子寿命短的激发态能级对应的谱线宽度通常较宽。
这是因为，原子寿命长的激发态能级在激发态能级之间的跃迁过程中相对稳定，能级之间的能量差较小，谱线宽度较窄。
相反，原子寿命短的激发态能级在激发态能级之间的跃迁过程中比较不稳定，能级之间的能量差较大，谱线宽度较宽。
总的来说，原子光谱宽度与原子寿命之间存在一定的关系，但并非一定成正比或反比关系，而是受到原子的能级结构和跃迁过程等因素的综合影响。
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通信词典—光谱宽度
定义1：光谱或光谱特性的波长范围的量度。
基于不同的光源类型，光谱宽度有几种不同的定义：
定义2：均方根谱宽（RMS）。
均方根谱宽定义为：在标准工作条件下，光谱包络分布用高斯函数P（λ）来近似。
定义3：-3dB 谱宽（FWHM）。
-3dB 谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降一半处光谱线两点间的波长间隔，称之为FWHM 谱宽（或称-3dB 谱宽）。
定义4：-20dB 谱宽。
-20dB 谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降20dB 处光谱线两点间的波长间隔，称之为-20dB 谱宽。
其中RMS和FWHM一般用于描述多纵模光源，-20dB谱宽一般用于描述单纵模光源。
【中文名称】：光谱宽度
【英文名称】：SPECTRAL WIDTH
【定义1】：光谱或光谱特性的波长范围的量度。
【来源】： GB/T 14733.12-2008（术语标准）；
【定义2】：基于不同的光源类型，光谱宽度有几种不同的定义：均方根谱宽（RMS）、-3dB 谱宽（FWHM）和-20dB 谱宽。
其中RMS和FWHM一般用于描述多纵模光源，-20dB谱宽一般用于描述单纵模光源。
均方根谱宽定义为：在标准工作条件下，光谱包络分布用高斯函数P（λ）来近似，若σrms 为均方根谱宽值，则：
光谱宽度 spectral width
式中：
λ——光源波长；
λ0——光源中心波长。
-3dB 谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降一半处光谱线两点间的波长间
隔，称之为FWHM 谱宽（或称-3dB 谱宽）。
-20dB 谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降20dB 处光谱线两点间的波长间隔，称之为-20dB 谱宽。
【来源】： YD/T 1528-2006；
【定义3】：基于不同的光源类型，光谱宽度有几种不同的定义：均方根谱宽（RMS）、-3dB 谱宽（FWHM）和-20dB谱宽。
其中RMS 和FWHM 一般用于描述多纵模光源，-20dB 谱宽一般用于描述单纵模光源。
均方根谱宽定义为：在推荐工作条件下，光谱包络分布用高斯函数P（λ）来近似，若σrms 为均方根谱宽值，则：
式中：
λ——光源波长；
λ0——光源中心波长。
-3dB 谱宽定义为：在推荐工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降一半处光谱线两点间的波
长间隔，称之为-3dB谱宽（或称FWHM）。
-20dB 谱宽定义为：在推荐工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降20dB 处光谱线两点间的波长间隔，称之为-20dB 谱宽。
【来源】： YD/T 1527-2006；
【定义4】：光谱宽度有几种不同的定义：均方根谱宽（RMS）、-3dB谱宽（FWHM）和-20dB 谱宽。
均方根谱宽定义为：在标准工作条件下，光谱包络分布用高斯函数P（λ）来近似，若σrms 为均方根谱宽值，则：
-3dB谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降一半处光谱线两点间的波长间隔，称之为FWHM谱宽（或称-3dB谱宽）。
-20dB谱宽定义为：在标准工作条件下，主纵模峰值波长的幅度下降20dB处光谱线两点间的波长间隔，称之为-20dB谱宽。
【来源】： YD/T 1464-2006；
【定义5】：根据激光器的种类不同，其光谱宽度有两种衡量方法：用于多模激光器的均方根（RMS）谱宽和胜于单模激光器的-20dB下的谱宽。
均方根谱宽为激光器发射光谱分布的标准偏差。
RMS宽度的测量方法应从峰值模下降不多于20dB的所有模式。
-20dB下谱宽为标准工作条件下，激光器所发射的光峰值波长最大幅度下降20dB时，光谱线两边所对应的波长间隔。
【来源】： YD/T 1351-2005；YD/T 1352-2005；
【中文名称】：光谱宽度
【定义1】： "根据激光器种类的不同，其光谱特性有两种衡量方法:用于多模激光器的均方根（RMS）谱宽和用于单谱激光器的-20dB下的谱宽。
均方根谱宽为激光器发射光谱分布的标准偏差。
RMS宽度的测量方法应考虑从峰值模下降不多于20dB的所有模式。
-20dB下谱宽为标准工作条件下，激光器所发射的光峰值波长最大幅度下降20dB时，光谱线两边所对应的波长间隔。
"
【来源】： YD/T 1199.2-2002；。