光谱的线宽和线形.pptVIP

光谱的线宽和线型 * 自由讨论： 1，有那些函数分布，分别代表什么过程？ 2，影响光吸收的物理因素有哪些? 3，光和原子相互作用有哪些过程？ 4，原子原子碰撞过程中，有哪些相互作用？ 5，光强对原子吸收的影响？ 内容： 1，自然线宽 2，Doppler加宽 3，碰撞加宽 4，渡越加宽 5，饱和加宽 线宽 ?? 半高全宽(FWHM, Full Width at Half Maximum) = 半高宽 = 半宽(half width) = 线宽(linewidth)。谱线宽度来源自然、多普勒、碰撞、渡越，饱和等 线型 g(?) 线核 线翼 线核 一、辐射谱线自然线宽 激发态的原子用一个经典阻尼谐振子描写： 第3.1节 自然线宽 Fourier Transfer Normalized Lorentzian 可忽略 Relation between linewidth, decay rate, and lifetime: If considering the ground state: Natural linewidth Energy uncertainty Spontaneous emission Energy uncertainty (lifetime) 0.12 1.37us 791 Ba 17.49 9.1 554 Ba ? [nm] ?s [ns] ??n=1/(2??s ) [MHz] Li D2 671 27.2 5.85 Na D2 589 16.3 9.76 Rb D2 780 26.5 6.01 Cs D2 852 31 5.13 一些跃迁谱线的自然线宽 一、吸收线性 Oscillator with driven force qE 宏观极化子： Light speed in medium Relative permittivity 相对介电常数 相对磁化率 Imaginary is absorption Real is dispersion, phase velocity Kramers-Kronig relation Effective wave vector 第3.2节 Doppler线宽 相向运动时观察者感觉辐射场频率升高，反向时感觉频率降低 原子吸收 观察者 动 辐射源 不动 原子发射 观察者 不动 辐射源 动 (原子感受到的光频率) (共振条件 ?0 = ?’ ) 原子实际吸收的光频 ?a ? ?L ?? 原子谱线的一级 (线性)Doppler频移 一、Doppler效应 (一级) Maxwellian velocity distribution Considering Doppler frequency shift (Doppler broadened distribution, Gussian distribution) Halfwidth M ? mole mass/atom number (kg) Maxwell Distribution Hot Cold T small T large “Hot” vs. “Cold” 速率 vs 速度 Doppler线宽计算举例 Z [amu] ? [nm] T [K] ??D [GHz] 放电中 H L? 1 121.6 1000 55.8 热管中 Na D2 23 589.1 500 1.7 室温 85Rb D2 85 780.0 300 0.52 冷原子 85Rb D2 85 780.0 144?K 0.36 MHz 热管中 7Li D 7 670.8 600 3.0 冷原子 7Li D 7 670.8 140?K 1.4 MHz 室温 Cs D2 133 852.1 300 0.38 室温 CO2 44 10?m 300 0.056 室温 87Rb 钟跃迁 87 6.8 GHz 300 9.0 KHz 四、Lorentz线型与Gauss线型的比较 Lorentz 线宽(FWHM): ??n = ? = Ai = 1/?i ??n= ??n / 2? 一般情况 ??n = (1/?I + 1/?k) Doppler shift Natural profile Center: G + L Wing: L 五、Voigt 线型 (Lorentz线型与Gauss线型的卷积) 实际观察到的谱线线型一般都是Viogt线型，通过反卷积分析得到L(?-?0)和G(?-?0) 原子吸收和发射线性，同时受自发辐射和速度影响 第3.3节 碰撞加宽 R(A,B) 碰撞伙伴(对)A-B质心间