光谱宽度(免费)
光谱宽度解析
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。
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。
红外光谱带宽
红外光谱带宽分子中的电子总是处在某一种运动状态中，每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。
电子由于受到光、热、电的激发，从一个能级转移到另一个能级，称为跃迁。
当这些电子吸收了外来辐射的能量，就从一个能量较低的能级跃迁到另一个能量较高的能级。
由于分子内部运动所牵涉到的能级变化比较复杂，分子吸收光谱也就比较复杂。
在分子内部除了电子运动状态之外，还有核间的相对运动，即核的振动和分子绕重心的转动。
而振动能和转动能，按量子力学计算是不连续的，即具有量子化的性质。
一个分子吸收了外来辐射之后，它的能量变化△E为其振动能变化△E v、转动能变化△E r以及电子运动能量变化△E e的总和，即式中△E e最大，一般在1～20eV之间。
现假设△E e为5eV，其相应的波长为：分子的振动能级变化△E v大约比电子运动能量变化△E e小10倍，一般在0.05～1eV之间。
如果分子的振动能级变化△E v为0.1eV，即为5eV的电子能级间隔的2%。
因此在发生电子能级之间跃迁的同时，必然会发生振动能级之间的跃迁，得到一系列的谱线，相互波长的间隔是250nm× 2% = 5nm，而不是250nm单一的谱线。
分子的转动能级变化△E r大约比分子的振动能级变化△E v小10倍或100倍，一般小于0.05eV。
假设分子的转动能级变化△E r为0.05eV，则为5eV的电子能级间隔的0.1%。
当发生电子能级和振动能级之间的跃迁时，必然会发生转动能级之间的跃迁。
由于得到的谱线彼此间的波长间隔只有250nm ×0.1% = 0.25nm，如此小的间隔使它们连在一起，呈现带状，称为带状光谱。
下图是双原子分子的能级示意图，图中E A和E B表示不同能量的电子能级，在每个电子能级中因振动能量不同而分为若干个v= 0、1、2、3…的振动能级，在同一电子能级和同一振动能级中，还因转动能量不同而分为若干个J = 0、1、2、3…的转动能级。
第二章 光谱线的宽度和轮廓
δω = 5.6 /T
激光束光强为高斯分布
E = E0 exp(r 2 / w2 ) cos ω0t
x =αE
1 A(ω ) = 2π
∫
T
iωt
0
xe
dt
I (ω ) = I 0 exp[(ω ω0 )2 w2 / 2v 2 ]
δω = 2(v / w) 2ln 2 ≈ 2.4v / w
2.6 饱和增宽
δω = δωn + δωcoll = γ n + γ coll = γ n + apB
γ = γ n + γ coll 1 1 I (ω ω0 ) = I 0 = I0 2 2 (ω ω0 ) + (γ / 2) (ω ω0 )2 + [(γ n + γ coll ) / 2]2
弹性碰撞
ωik = Ei ( R) Ek ( R) / h
c ω′ ω0 2 exp{[( )( )] } ∞ vp ω0 I (ω ) = C ∫ dω ′ 2 2 0 (ω ω′) + (γ / 2)
佛克多轮廓
2.3 光谱线的碰撞增宽
非弹性碰撞 弹性碰撞 非弹性碰撞 其中 线宽度
Aieff = Ai + apB
pB = N B kBT
a = 2σ i 2 π kBT
γ << ω
初值 x(0) = x0
& x(0) = 0
方程的解 x(t ) = x e (γ / 2)t [cos ωt + ( γ )sin ωt ] 0 2ω
ω = (ω02 γ 2 / 4)
对于实际原子阻尼是极小的
γ << ω
1.4 光谱线增宽
At A D V
v
ρ为光能密度
I
c
29
介质中的受激辐射与吸收
厚度为dz单位截面的一薄层，在dt时间内由于介质吸收而 减少的光子数密度为
dN1 n1B12(z) f ( )dt
dt时间内由于受激辐射增加的光子数密度为
dN2 n2B21(z) f ( )dt
光穿过dz介质后净增加的光子数密度为
dN dN1 dN2 (n2B21 n1B12 )(z) f ( )dt
I(0)
I (z)
I(z)+dI
z z +d z
z
图1-20 光穿过厚度为dz的介质的
情况
30
光能密度微分方程
dN dN1 dN2 (n2B21 n1B12 )(z) f ( )dt
又因为
dt
dz v
c
dz而且g1B12
g 2 B21
(1-40)
净增加的光子数密度可以表示为
dN
(n2
g2 g1
介质中光强与单色能量密度的关系
受激辐射与吸收时粒子数密度变化和单色能量密度的关系， 可以用来研究介质中单色能量密度的变化。为了得到光强 的变化规律，需要进一步建立光强与单色能量密度的关系。 考虑平行光通过面积为A，厚度为D的情况，光强为单位 时间内单位面积上通过的总光能
I E E E v c
光的多普勒效应
纵向多普勒效应：设光源与接收器在两者连线方向的相对 速度为v，则光的频率为
1 1
v v
c
c
0
➢ 式中 0 为光源与接收器相对静止时的频率。一般情况下v
远小于真空光速，并且光源与接收器相对趋近时，v取正
值；两者背离时，v取负值。上式取一级近似可得
光谱线增宽
vN
得:
fN
(v)
4
（2 v0
2
v）2 (vN
2
)2
(1-67)
vN
fN
(v)
4
（2 v0
2
v）2 (vN
2
)2
f N (v) f N (v0 )
1 2 f N (v0 )
当 0 时有最大值
f
N
(
0
)
2
N
0.637
N
洛沦兹线型函数
这个自然增宽（设想原子处在彼此孤立并且静止不动 时的谱线宽度）的线型分布函数也称洛沦兹线型函数
➢描述光谱线加宽特性的物理量：线型函数和线宽
二. 谱线的线型函数
f (v)——描述单色辐射功率随频率变化的规律。 (给定了光谱线的轮廓或形状)
1定义:
f ( ) I ( ) I ( )
I0 I ( )d
可见:线型函数 f (v)表示某一谱线在单位频率间隔的相对光强 分布，它可由实验测得。
f (v)
1.4 光谱线增宽
1.4.1 光谱线、线型和谱线宽度
一. 谱线线型和宽度 1.此前总假设能级无限窄,即 自发发射功率(光强)全部集
中在单 一频率 v 0=(E2－E1)／h上。
I0
2.实际上,能级总有一定宽度△E,而不是一条简单的线.
τ1
v2
v0 v1
△E2
3.由于能级有一定的宽度， 所以当原子在能级之间自发 发射时，它的频率也有一个 变化范围△vn.
谱线 f(v)
o
物理意义:在入射光谱线宽度远大于原子光谱线(△v’ ＞＞△v) 的情况下,受激辐射跃迁几率与原子谱线中心频率v0处的外来 光单色能量密度有关. 空腔热辐射作为作为外来光场就属于这种种情况.
《光谱线增宽》课件
在高密度或高温环境下，原子与 其他粒子之间的碰撞频繁发生，
导致光谱线发生碰撞增宽。
碰撞增宽机制下的光谱线通常呈 现出比较宽的分布，因为碰撞引 起的能量交换使得原子能级宽度
增加。
共振增宽机制
共振增宽机制是由于原子与光场之间 的共振相互作用引起的光谱线增宽。
共振增宽机制下的光谱线通常呈现出 比较窄的分布，因为共振相互作用对 能级跃迁频率的精度要求比较高。
深入研究增宽机制的物理过程
通过深入研究光谱线增宽的物理过程，我们可以更好地理解 其产生的原因和影响，从而为新机制的探索提供理论支持。
增宽机制的交叉学科研究
跨学科合作研究
光谱线增宽涉及到多个学科领域，如物理学、化学、生物学等，通过跨学科合作 研究，我们可以从不同角度深入了解增宽机制。
促进不同学科领域之间的交流与合作
02
光谱线增宽的物理机制
自然增宽机制
自然增宽机制是由于原子自发 辐射引起的光谱线增宽，与原 子所处的环境无关。
自然增宽机制下的光谱线呈现 出一个自然的、连续的分布， 其宽度与原子能级寿命有关。
自然增宽机制下的光谱线通常 比较窄，因为原子能级寿命相 对较长。
碰撞增宽机制
碰撞增宽机制是由于原子与其他 粒子之间的碰撞引起的光谱线增
影响因素分析
分析不同因素对光谱线增宽的 影响，如温度、气体种类等。
结果对比
将实验结果与理论预测进行对 比，验证理论模型的正确性。
应用前景
探讨光谱线增宽在光学、光谱 学等领域的应用前景。
05
光谱线增宽的未来发展
新的增宽机制的探索
探索新的光谱线增宽机制
随着科学技术的不断进步，我们可能会发现新的增宽机制， 这些机制可能会带来更深入的理解和更广泛的应用。
光谱宽度
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
A
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；
A。