《光谱的线宽和线形》PPT课件

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1、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,FullWidthatHalfMaximum)=半高宽=半宽(halfwidth)=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FourierTrans

2、ferNormalizedLorentzian可忽略Relationbetweenlinewidth,decayrate,andlifetime:Ifconsideringthegroundstate:NaturallinewidthEnergyuncertaintySpontaneousemissionEnergyuncertainty(lifetime)[nm]s[ns]n=1/(2s)[MHz]LiD267127.25.85NaD258916.39.76RbD278026.56.01CsD2852315.13Ba5549.117.49Ba7911.37u

3、s0.12一些跃迁谱线的自然线宽一、吸收线性OscillatorwithdrivenforceqE宏观极化子：LightspeedinmediumRelativepermittivity相对介电常数相对磁化率ImaginaryisabsorptionRealisdispersion,phasevelocityKramers-KronigrelationEffectivewavevector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

4、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)MaxwellianvelocitydistributionConsideringDopplerfrequencyshift(Dopplerbroadeneddistribution,Gussiandistribution)HalfwidthMmolemass/atomnumber(kg)MaxwellDistributionHotColdTsmallTlarge“Hot”vs.“Cold”速率vs速度Doppler线宽计算举例Z[amu][nm]T[K]D[GHz]放电

5、中HL1121.6100055.8热管中NaD223589.15001.7室温85RbD285780.03000.52冷原子85RbD285780.0144K0.36MHz热管中7LiD7670.86003.0冷原子7LiD7670.8140K1.4MHz室温CsD2133852.13000.38室温CO24410m3000.056室温87Rb钟跃迁876.8GHz3009.0KHz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)Dopplershift

6、NaturalprofileCenter:G+LWing: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质心间距碰撞频移，可正可负(取决于势能曲线/面)2Rc碰撞直径c=Rc/v=2ps(1nm/500ms-1)碰撞时间(弹性)碰撞产生频移与加宽的原因：内能差来自碰撞平动能，非碰撞产生改变体系内态绝热近似、B-O近似原子核重排(碰撞、化学反应)过程中，电子的电荷

7、分布/跃迁(fs)可实时快速地调整(垂直跃迁)两体碰撞辐射B粒子数吸收测量I(,T)T关系，可独立得到基态Vi(R)的信息：碰撞后辐射谱线产生加宽与移动：温度内态发生变化Lennard-Jones(12-6)势：诱导偶极矩-诱导偶极矩之间相互作用Coulomb势：两带电粒子之间相互作用关于V(R)正频移碰撞频移来自碰撞对的动能转换动能减少负频移动能增加非弹性碰撞：导致（A,B)内态发生变化，例如A原子激发态Ei的淬灭消激发的淬灭过程与自发辐射一样减少发光的激发态原子的布居数（淬灭碰撞）非弹性碰撞导致加宽正比于压力（压力加宽