光谱线的多普勒加宽
光谱线的多普勒加宽
光谱线的多普勒加宽是指由于星体的径向速度使得光波的频率产生变化，导致光谱线的频谱线形变宽。多普勒效应是描述由于运动的光源相对于观察者引起的频率变化的现象。
对于光谱线，如果光源相对于观察者远离，那么观察者接收到的光波频率会降低，导致光谱线向红移动，称为红移。相反，如果光源相对于观察者靠近，那么观察者接收到的光波频率会增加，导致光谱线向蓝移动，称为蓝移。
因此，当星体相对于地球具有较大的速度时，观察到的光谱线会产生多普勒加宽。这是由于星体的运动使得来自不同区域的光波具有不同的频率，从而产生不同的频谱线。多普勒加宽可以用来测量星体的速度，并研究星系的运动和结构。
激光原理复习知识点
一 名词解释 1. 损耗系数及振荡条件: 0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内 的平均损耗系数。 2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~ = ，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有 ?+∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ?时下降至最大值的一半。按上式定义的v ?称为谱线宽度。 3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。 4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是 靠近中心频率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。 5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。定义 p v P w Q ξπξ 2==。ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。v 为腔内电磁场 的振荡频率。 6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰 姆凹陷。 7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧 孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。 8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V 内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。 9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的 光谱特性及空间特性的锁定现象。（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。 10. 谱线加宽：实际中的谱线加宽由于各种情况的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率 /)(12E E -附近一个很小的频率范围内。这就叫谱线加宽。 11. 频率牵引：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这 种现象叫频率牵引。 12. 自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子 13. 受及辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，并产生一个能量 为ｈｖ的光子 14. 激光器的组成部分：谐振器，工作物质，泵浦源 15. 腔的模式：将光学谐振腔内肯能存在的电磁场的本征态称为‘’。 16. 光子简并度：处于同一光子态的光子数。含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积 内的光子数、处于同一相格内的光子数 17. 激光的特性：1.方向性好，最小发散角约等于衍射极限角2.单色性好3.亮度高4.相干性好 18. 粒子数反转：在外界激励下，物质处于非平衡状态，使得n2>n1 19. 增益系数：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数 20. 增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的 光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。 21. Q 值：是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标——品质因数。 22. 纵模：在腔的横截面内场分布是均匀的，而沿腔的轴线方向即纵向形成驻波，驻波的波节数由q 决 定将这种由整数q 所表征的腔内纵向场分布称为纵模 23. 横模：腔内垂直于光轴的横截面内的场分布称为横模 24. 菲涅尔数：N,即从一个镜面中心看到另一个镜面上可划分的菲涅尔半波带的数目。表征损耗的大小。 衍射损耗与N 成反比。
多普勒谱线展宽
2. 多普勒谱线展宽 谱线展宽主要有自然展宽、碰撞展宽和多普勒展宽。多普勒展宽直接于气体分子速度分布律有关，这一效应首先被里普奇（Lippich ）在1870年提出，瑞利经过多年研究得到定量公式。下面就导出多普勒谱线型函数。 假设发出激光的原子静止时其发光频率为0υ，当原子以x v 的速度沿x 轴向“接受器”运动时，由于多普勒效应使得“接受器”收到的频率为： ?? ? ??+≈-= c c x x υυυυυ1100 （14） 由于不同原子的x v 不同，所以“接受器”收到的是不同频率的光，使得激光谱线以0υ为中心被展宽。由麦克斯韦速度分量分布律可以得到，速度x 分量在x v — x x dv v +的分子数比率为： ()x kT mv x x M dv e kT m dv v f x 2212 2-??? ??=π （15） 令()υg 代表其辐射频率落在υ附近单位频率间隔内的发光原子数比率，则有 ()()x x M dv v f d g =υυ ()υg 与辐射强度()υI 成正比。将c v x 00υυυ-=和υυd c dv x 0=代入（15）式，可得 ()()()υπυυυυυυd e kT m c d g kT mc 20 2 0222--= 式中()υg 就是多普勒展宽的线型函数。 下面看一个例子。 例1：试由来自星体的光谱线或多普勒宽度确定星体的温度。 解： 静止原子由激发态回到基态发出的光波的频率0ν决定于两个态的能级差：E h ?=0ν,h 为普朗克常数。由于原子在运动，因而发射出来的光的频率不再是0ν而是一个分布，也就是谱线增宽了。一个以速度v 运动的原子，沿x 轴发射的光的频率ν与0ν及x v 的关系为 )1(0c v x -=νν， x v c =-)(00ννν 式中c 为光速。横向产生的多普勒效应比纵向小得多而可以忽略。由于在νννd +→之间的光强ννd I 与速度分量在x x x dv v v +→之间的原子数目X dN 成正比，即 x v CdN dv I =
激光原理复习知识点
一 名词解释 1. 损耗系数及振荡条件: 0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。 2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~=，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有?+∞ ∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2 v ?时下降至最大值的一半。按上式定义的v ?称为谱线宽度。 3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。 4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频 率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。 5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。定义 p v P w Q ξπξ 2==。ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。v 为腔内电磁场的振荡频率。 6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。 7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均 匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。 8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V 内，只能存 在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。 9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及 空间特性的锁定现象。（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。 10. 谱线加宽：实际中的谱线加宽由于各种情况的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率 /)(12E E -附近一个很小的频率范围内。这就叫谱线加宽。 11. 频率牵引：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫频 率牵引。 12. 自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子 13. 受及辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，产生一个能量为ｈｖ的光子 14. 激光器的组成部分：谐振器，工作物质，泵浦源 15. 腔的模式：将光学谐振腔内肯能存在的电磁场的本征态称为‘’。 16. 光子简并度：处于同一光子态的光子数。含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、 处于同一相格内的光子数 17. 激光的特性：1.方向性好，最小发散角约等于衍射极限角2.单色性好3.亮度高4.相干性好 18. 粒子数反转：在外界激励下，物质处于非平衡状态，使得n2>n1 19. 增益系数：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数 20. 增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到 一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。 21. Q 值：是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标——品质因数。 22. 纵模：在腔的横截面内场分布是均匀的，而沿腔的轴线方向即纵向形成驻波，驻波的波节数由q 决定将这种由 整数q 所表征的腔内纵向场分布称为纵模 23. 横模：腔内垂直于光轴的横截面内的场分布称为横模 24. 菲涅尔数：N,即从一个镜面中心看到另一个镜面上可划分的菲涅尔半波带的数目。表征损耗的大小。衍射损耗 与N 成反比。 25. 自在现模：把开腔镜面上经一次往返能再现的稳态场分布称为自在现模或横模。 26. 损耗系数：光通过单位距离后光强衰减的百分数 27. 自激振荡：不管初始光强多微弱，只要放大器足够长，就总能形成确定大小的光强Im ，满足振荡条件。 28. 多普勒效应：设一发光原子(光源)的中心频率为ν0，当原子相对于接收器以速度v z 运动时，接收器测得的光波 频率变为（略）； 29. 多普勒加宽：由于作热运动的发光原子(分子)所发出的辐射的多普勒频移引起的加宽 30. 谱线加宽：由于各种因素的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率附近一个很小的频率范围内。 31. 谱线宽度：线型函数在ν0时有最大值，下降至最大值的一半，对应得宽度。 32. 线性函数：归归一化的自发辐射光功率，描述单色辐射功率随频率变化的规律，定义为分布在某一频率附近单 位频率间隔内的自发辐射功率与整个频率范围内的自发辐射总功率之比。用于表示谱线的形状。 33. 均匀加宽：引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的，包括自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽每个发光原
光谱谱线频率加宽机理简析
光谱谱线频率加宽机理简析 【摘要】按照量子理论能级量子化观点。当原子由高能级向较低能级跃迁时，发射光子的能量和频率是确定的值，这意味着光源中大量原子的跃迁体现在光谱相片上，每一条谱线都应该是一条条没有宽度的“几何线”，实际上分立的吸收谱线或者发射谱中的谱线的并非一条没有宽度的“几何线”，而是有一定的宽度，说明谱线的频率并不是唯一确定值，而是有一定的范围，本文试图对此作出解释。 【关键词】自然加宽；碰撞加宽；多普勒加宽；飞行时间加宽【中图分类号】g617 【文章标识码】d 【文章编号】1326-3587（2011）11-0013-03 引言 光谱线是由原子由高能级想较低能级跃迁时所发出的谱线，按照辐射跃迁定则谱线的能量和频率应该是一定的，辐射发光应该是单色的，即它的功率全部集中在一个频率 = 上。而实际上分立的吸收谱或者发射谱线并非单色的，这可由实验证明，如图一所示：光谱仪中的色散棱镜使各种不同波长的光落到底片上不同的位置，得到不同的光谱，每一条光谱与一定的原子跃迁相对应。而任何一条谱线都具有有限的谱线宽度，这意味着原子发射的光，是在频率 = 附近某个频率范围内，称为频率加宽，实验还表明，不仅各条谱线的宽度不同，而且就每一条谱线而言，在有限宽度的频率
范围内，光强的相对分布也不一样，对于谱线的加宽可以用1）自然加宽2）碰撞加宽3）多普勒加宽4）飞行时间加宽给出解释。一、自然加宽 由于激发态能级具有自由发射跃迁引起的有限寿命，而使自发发射的谱线加宽，称为自然加宽。 因为能级位置是通过测量原子发射或吸收谱线而得到的，谱线的加宽就意味着能级存在一定的宽度。按照量子力学理论：能级的宽度△e与该能级的平均寿命满足时间一能量测不准关系。 △e ≥（1） 其中△e表示能量的不确定量，表示体系性质快慢的特征时间，而不是测量能量所用的时间。 由（1）式可知，某能级的平均寿命越小，则能级宽度△e越大，反之，寿命越大，能级宽度月小。一般来说，大多数能级的平均寿命约为10-8秒数量级，但也有些原子的某几个能级达到平均寿命比较长，约为10-4秒数量级的104倍，称为亚稳态由（1）式可估算出 =10-8s的能级的宽度 △e≈≈≈6.63×10-26s-1 由△e=h ，可得△e=h△。当原子由此加宽能级向某个末态能级跃迁时，谱线频率宽度：△t= = ≈10-8hz， 对于原子能级平均寿命与光谱频率宽度的关系也可以由傅立叶 变换得出。设原子持续发光时间为△t发光的频率宽度为。光的振
激光原理复习知识点
一名词解释 损耗系数及振荡条件: ,即。为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。 线型函数：引入谱线的线型函数，线型函数的单位是S，括号中的表示线型函数的中心频率，且有，并在加减时下降至最大值的一半。按上式定义的称为谱线宽度。 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。谐振腔的Q值:无论是LC振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q值来标识腔的特性。定义。为储存在腔内的总能量，p为单位时间内损耗的总能量。为腔内电磁场的振荡频率。兰姆凹陷：单模输出功率P与单模频率的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。 光波模：在自由空间具有任意波矢K的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。 谱线加宽：实际中的谱线加宽由于各种情况的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率附近一个很小的频率范围内。这就叫谱线加宽。 频率牵引：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫频率牵引。 自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子受及辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，产生一个能量为ｈｖ的光子 激光器的组成部分：谐振器，工作物质，泵浦源 腔的模式：将光学谐振腔内肯能存在的电磁场的本征态称为‘’。 光子简并度：处于同一光子态的光子数。含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数 激光的特性：1.方向性好，最小发散角约等于衍射极限角2.单色性好3.亮度高4.相干性好粒子数反转：在外界激励下，物质处于非平衡状态，使得n2>n1 增益系数：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数 增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。 Q值：是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标——品质因数。 纵模：在腔的横截面内场分布是均匀的，而沿腔的轴线方向即纵向形成驻波，驻波的波节数由q决定将这种由整数q所表征的腔内纵向场分布称为纵模 横模：腔内垂直于光轴的横截面内的场分布称为横模
光谱线的多普勒加宽
光谱线的多普勒加宽 多普勒加宽是由于做热运动的发光原子(分子) 所发出的辐射的多普勒频移引起的。设一发光原子(光源)的中心频率为ν0 ,当原子相对于接收器静止时, 接收器测得光波频率也为ν0 ;但当原子相对于接收器以速度vz 运动时,接收器测得的光波频率ν不等于静止时的光频率ν0。 光频率与接收器和光源之间相对运动的有关的这种效应称为多普勒效应。当vz/ cn 1 时, (3 .2 .17) 当原子朝着接收器运动(或沿光传播方向运动) 时, vz > 0; 当原子离开接收器时, vz < 0。多普勒频移公式也可从量子力学得到。考虑一个二能级原子, 上下能级能量分别用E2 及E1 表示。若原子处在上能级时的运动速度为v2 z ,当其发射一个光子能量返回下能级时的速度变为v1 z ,显然一般有v2 z ≈v1 z 。根据动量守恒及能量守恒,有 (3 .2 .18) 式中, m 为原子质量;ω0 为静止时原子频率,ω′0 为运动时的原子频率; k 为波数。将第一式及第三式代入第二式,即可得
(3 .2 .19) 其中使用了近似公式。这个结果也可以表述为当原子运动时, 其中心频率发生了变化,即 (3 .2 .20) ν′0 称为表观中心频率。 考虑包含大量原子(分子) 的气体工作物质中原子数按表观中心频率分布; 由于气体原子的无规热运动,各个原子具有不同方向、不同大小的热运动速度。设单位体积工作物质内的原子数为n, 根据分子运动论,它们的热运动速度服从麦克斯韦统计分布规律; 在温度为T 的热平衡状态下,单位体积内具有z 方向速度分量vz ～( vz + d vz )的原子数为 (3 .2 .21) 设上能级E2 上的原子数为n2 , 在vz ～( vz + d vz )速度范围内的原子数目为 (3 .2 .22) 将式(3 .2 .20) 代入上式得到原子数按表观中心频率的分布为
仪器分析简答题
11．原子吸收谱线变宽的主要因素有哪些？ 一方面是由激发态原子核外层电子决定，如自然宽度；一方面是由于外界因素，多普勒变宽，碰撞变宽，场致变宽，压力变宽、自吸变宽、电场变宽、磁场变宽等。 1。自然宽度：谱线固有宽度，与原子发生能级间跃迁的激发态原子的有限寿命有关.可忽略2。多普勒变宽：由于无规则的热运动而变化，是谱线变宽主要因素。 3。压力变宽：由于吸光原子与蒸汽中原子相互碰撞而引起能级的微小变化，使发射或吸收的光量子频率改变而变宽。与吸收气体的压力有关。包括洛伦兹变宽和霍尔兹马克变宽。场致变宽：在外界电场或磁场作用下，原子核外层电子能级分裂使谱线变宽。 自吸变宽：光源发射共振谱线被周围同种原子冷蒸汽吸收，使共振谱线在V0处发射强度减弱所产生的谱线变宽. 原子吸收谱线变宽主要原因是受多普勒变宽和洛伦兹变宽的影响 12．说明荧光发射光谱的形状通常与激发波长无关的原因。 由于荧光发射是激发态的分子由第一激发单重态的最低振动能级跃迁回基态的各振动能级所产生的,所以不管激发光的能量多大，能把电子激发到哪种激发态,都将经过迅速的振动弛豫及内部转移跃迁至第一激发单重态的最低能级，然后发射荧光。因此除了少数特殊情况,如S1与S2的能级间隔比一般分子大及可能受溶液性质影响的物质外，荧光光谱只有一个发射带，且发射光谱的形状与激发波长无关。 13．有机化合物产生紫外—可见吸收光谱的电子跃迁有哪些类型? 在有机分子中存在σ、π、n三种价电子，它们对应有σ-σ*、π-π*及n轨道,可以产生以下跃迁: 1。σ-σ* 跃迁:σ-σ＊的能量差大所需能量高,吸收峰在远紫外(〈150nm)饱和烃只有σ—σ＊轨道，只能产生σ—σ＊跃迁,例如：甲烷吸收峰在125nm；乙烷吸收峰在135nm （< 150nm ） 2。π—π*跃迁：π-π*能量差较小所需能量较低,吸收峰紫外区（200nm左右）不饱和烃类分子中有π电子,也有π* 轨道，能产生π—π＊跃迁：CH2=CH2 ，吸收峰165nm。(吸收系数大，吸收强度大，属于强吸收） 3。n-σ*跃迁:n—σ＊能量较低，收峰紫外区(200nm左右）（与π-π＊接近）含有杂原子团如：—OH,-NH2 ，-X，—S 等的有机物分子中除能产生π—π*跃迁外，同时能产生n—σ＊跃迁 4. n-π＊跃迁:n—π＊能量低吸收峰在近紫外可见区（200 ~ 700nm)含杂原子的不饱和基团，如—C=O，—CN等 各种跃迁所需能量大小次序为：σ-σ＊〉n-σ*>π-π*〉n-π* 除外分子内部还有电荷迁移跃迁，指用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向接受体相联系的轨道上跃迁，实质是氧化还原过程,相应的光谱最大特点是摩尔吸光系数较大。 14、简单说明紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法、原子吸收光谱法的定量原理和依据是什么？ 请画出紫外分光光度法仪器的组成图（即方框图），并说明各组成部分的作用？ 答：作用： 光源：较宽的区域内提供紫外连续电磁辐射。 单色器:能把电磁辐射分离出不同波长的成分。 试样池：放待测物溶液 参比池：放参比溶液
激光原理复习知识点
激光原理复习知识点 一名词解释 1. 损耗系数及振荡条件: 0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内 的平均损耗系数。2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~ = ，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有 +∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ?时下降至最大值的一半。按上式定义的v 称为谱线宽度。 3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。 4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是 靠近中心频率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。 5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。定义 p v P w Q ξπξ 2==。ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。v 为腔内电磁场 的振荡频率。 6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰 姆凹陷。 7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总
是得到多纵模输出，并且由于空间烧 孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。 8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V 内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。 9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的 光谱特性及空间特性的锁定现象。（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。 10. 谱线加宽：实际中的谱线加宽由于各种情况的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率 /)(12E E -附近一个很小的频率范围内。这就叫谱线加宽。 11. 频率牵引：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这 种现象叫频率牵引。 12. 自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子 13. 受及辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，并产生一个能量 为ｈｖ的光子 14. 激光器的组成部分：谐振器，工作物质，泵浦源 15. 腔的模式：将光学谐振腔内肯能存在的电磁场的本征态称为‘’。 16. 光子简并度：处于同一光子态的光子数。含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积 内的光子数、处于同一相格内的光子数
光谱线展宽的物理机制
光谱线展宽的物理机制 摘要 本文首先介绍了原子光谱的形成和原子谱线的轮廓，以及用来定量描述谱线轮廓的三个物理量——谱线强度、中心频率和谱线半高宽。 接下来对光谱线展宽的各种物理机制作了定性或定量地分析。详细地推导了谱线的自然展宽、多普勒展宽（高斯展宽）和洛伦兹展宽的半高宽公式。并推导出了佛克脱半高宽、多普勒半高宽和洛伦兹半高宽之间的关系式。给出了赫鲁兹马克展宽（共振展宽）的半高宽公式。定性地分析了谱线的自吸展宽。以类氢离子为例说明了同位素效应引起的同位素展宽。定性地分析了原子的核自旋对谱线宽度的影响。说明了在有外电场或内部不均匀强电场存在的情况下谱线会产生斯塔克变宽，在有外磁场存在的情况下谱线会产生塞曼变宽。 最后对光谱线展宽的各种物理机制做了一个简单的总结，指出光谱线展宽的实质是光的频率发生了变化，各种新频率光的叠加导致了光谱线的展宽。并说明了对光谱线展宽的物理机制的研究，在提高光的单色性和物理量测量等方面具有重要的意义。 关键词：谱线展宽；物理机制；谱线轮廓；半高宽
THE PHYSICAL MECHANISM OF SPECTRAL LINE BROADENING ABSTRACT Firstly, we introduce the formation of atomic spectrum and the outline of atomic spectral line in this paper, as well as three physical quantities—intensity of spectral line, center frequency and half width of spectral line profile which are used to describe spectral line profile quantitatively. Next we analyze various physical mechanism of spectral line broadening qualitatively or quantitatively. The natural half width of spectral line, half width of Doppler spectral line profile (Gaussian spectral line profile) and half width of Lorentz spectral line profile are derived detailedly. And the relationship of half width of Voigt spectral line profile, half width of Doppler spectral line profile and half width of Lorentz spectral line profile is also derived detailedly. We introduce Holtsmark broadening (resonance broadening) and give half width of Holtsmark spectral line profile. It is introduced qualitatively how the Self-absorption broadening affects spectral line profile. Taking Hydrogenic ions for an example, we explain isotope broadening caused by Isotope effect. Spectral line broadening caused by nuclear spin is analyzed qualitatively. Stark effect can cause Stark broadening when there is external electric field or internal non-uniform strong electric field, and Zeeman effect can cause Zeeman broadening when there is external magnetic field. Finally, we make a summary on the physilcal mechanism of spectral line broadening, pointing out spectral line broadening is essentially a change in the frequency of spectral lines, and superposition of various spectral lines having a new frequency component leads to