激光原理之光谱线增宽资料.ppt

3.同时考虑自然增宽和碰撞增宽后, 均匀增宽线宽为二者之和 : (1-73) 4.对一般气体工作物质△vc＞＞△vN , 故 均匀增宽主要取决于碰撞增宽; 只在气压极低时才显示出自然增宽(此时碰撞极为微弱)。 发射频率 接收频率 人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？ 接收频率——单位时间内观测者接收到的振动次数或完整波数. 只有波源与观察者相对静止时才相等. 1.4.4 多普勒增宽 一. 关于多普勒效应的回顾 1 . 波源不动，观察者相对介质以速度 运动 观察者接收的频率 观察者向波源运动 观察者远离波源 2. 观察者不动，波源相对介质以速 运动 A 波源向观察者运动 观察者接收的频率 波源远离观察者 * * 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。 2.实际上,能级总有一定宽度△E,而不是一条简单的线. 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. 4. 实际上光强分布总在一个有限宽度的频率范围内,每一条谱线都有一定的宽度, v = v0只是谱线的中心频率.这种现象称为谱线加宽 自发发射光强按频率分布 令: I0 = 自发发射总光强 实验表明: 不仅各条谱线的宽度不相同,而且在每条有限宽度的频率范围内,光强的相对强度也不一样. 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: 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。 2.谱线宽度(线宽): 线型函数一般关于中心频率对称，且在中心频率处有最大值。一般定义线型函数的半极值点所对应的频率全宽度为光谱线宽度 若v=v1 ,v=v2时,f (v)的值为 f (v0),则频率间隔 称为光谱线半值宽度(谱线宽 度/ 线宽)。它是衡量单色性的一个参数。 当v=v0 时 f(v)有最大值f(v0 ) dv 3.谱线下面积的意义: 频率在v v+ dv范围的光强占总光强的百分比 4.线型函数f(v)的归一化条件 相对光强总和为1 三.跃迁几率按频率的分布: 受激跃迁几率的修正 考虑了线宽后, 三种跃迁几率(A21、W21、W12）均按频率有一定的分布, 且与谱线线型函数 f (v)有关, 即 1.自发跃迁几率按频率分布函数A21(v) 前面在引进A21时，因没有考虑能级的宽度，故辐射功率 q0∝A21 即 q0= n2A21hv= n2 A21hv0 考虑能级宽度后，自发发射功率按频率分布，v = v0只是谱线的中心频率，辐射功率分布在频率间隔△v内。 分布在频率v～v+dv范围内的辐射功率q (v)dv应为 q(v)dv=q0 f(v)dv=n2 A21hv0 f(v)dv q(v)=n2hv0A21(v) dv 在单位时间内,对应于频率v～v+dv间隔,自发辐射的原子跃迁数密度公式为 （1-47） 故：f(v）也可理解为 自发跃迁几率按频率的分布函数。 其中: A21(v)=A21f(v) 表示在总的自发 发射跃迁几率A21中, 分配在频率v处,单 位频率间隔内的自发辐射跃迁几率。 总的自发辐射跃迁 中,分配在频率 处单位频率间隔内的自发跃迁几率 2.受激发射几率按频率分布函数W21(v)、 W12(v) 由 即 因此，在辐射场ρv的作用下，总的受激发射跃迁几率W21中，分配在频率v处单位频率内的受激发射跃迁几率为 W21 (v）=B21(v)ρv= B21 f(v)ρv 分配在频率 v 处单位频率 间隔内的受激辐射跃迁几率 同理,受激吸收跃迁几率为 W12（v）=B12(v)ρv= B12 f(v)ρv 分配在频率v 处单位频率间隔内的受激吸收跃迁几率 W12（v）=B12(v)ρv= B12 f(v)ρv 与能级特征相关 与物理条件相关 外辐射场 在单位时间内,对应于频率v～v+dv间隔, 受激辐射、受激吸收的原子跃迁数密度公式为 （