第三章 光譜的線寬和線形

光譜的線寬和線型自由討論：1，有那些函數分布，分別代表什么過程？2，影響光吸收的物理因素有哪些?3，光和原子相互作用有哪些過程？4，原子原子碰撞過程中，有哪些相互作用？5，光強對原子吸收的影響？內容：1，自然線寬2，Doppler加寬3，碰撞加寬4，渡越加寬5，飽和加寬線寬

半高全寬(FWHM,FullWidthatHalfMaximum)=半高寬=半寬(halfwidth)=線寬(linewidth)。譜線寬度來源自然、多普勒、碰撞、渡越，飽和等線型g()線核線翼線核

一、輻射譜線自然線寬

激發(fā)態(tài)的原子用一個經典阻尼諧振子描寫：第3.1節(jié)自然線寬FourierTransferNormalizedLorentzian可忽略Relationbetweenlinewidth,decayrate,andlifetime:Ifconsideringthegroundstate:NaturallinewidthEnergyuncertaintySpontaneousemissionEnergyuncertainty(lifetime)[nm]s[ns]n=1/(2s)[MHz]LiD267127.25.85NaD258916.39.76RbD278026.56.01CsD2852315.13Ba5549.117.49Ba7911.37us0.12一些躍遷譜線的自然線寬一、吸收線性OscillatorwithdrivenforceqE宏觀極化子：LightspeedinmediumRelativepermittivity相對介電常數相對磁化率ImaginaryisabsorptionRealisdispersion,phasevelocityKramers-KronigrelationEffectivewavevector第3.2節(jié)Doppler線寬相向運動時觀察者感覺輻射場頻率升高，反向時感覺頻率降低

原子吸收觀察者動輻射源不動

原子發(fā)射觀察者不動輻射源動(原子感受到的光頻率)

(共振條件0=’)原子實際吸收的光頻a

L

原子譜線的一級(線性)Doppler頻移一、Doppler效應(一級)Ma掠xw角el裕li習anve每lo腰ci晉ty廳d般is靜tr俊ib丘ut包io繼nCo限ns福id所er湯in焰g與Do歲pp么le勢r獵fr殲eq晶ue蠅nc根y逐sh倦if遞t(D遇op貢pl武er嗓b希ro拍ad跌en茶ed題d舅is便tr品ib房誠ut肉io低n,Gu版ss曠ia稱ndi區(qū)st劑ri夜bu車ti粒on識)Ha鄙lf章wi傻dt食hM辟mo新le思m仰as關s/蠅at戒om巡壽n符um柄be崗r泄(k舌g)Ma翻xw歷el乓l存Di友st帶ri丟bu筑ti隆onHo之tCo明ldT托sm露al孝lT腎la單rg癥e“H緩ot簡”拿vs學.領“C嘉ol隱d”速率vs速度Do濤pp度le棍r線寬教計算璃舉例Z[amu][nm]T[K]D[GHz]放電中HL1121.6100055.8熱管中NaD223589.15001.7室溫85RbD285780.03000.52冷原子85RbD285780.0144K0.36MHz熱管中7LiD7670.86003.0冷原子7LiD7670.8140K1.4MHz室溫CsD2133852.13000.38室溫CO24410m3000.056室溫87Rb鐘躍遷876.8GHz3009.0KHz四、Lo褲re表nt木z線型彈與Ga年us披s線型休的比居較Lo里re血nt禾z線寬(F候WH胸M)綱:n=須等=昂Ai=夠1/虛in=紋n/勸2一般套情況n=州(1覺/I+桂1/繳k)Do顆pp示le銳r涉sh捏if籃tNa廟tu止ra伏l繭pr腰of酬il景eCe忍nt盛er蔽:雅G箏+紗LWi哨ng朱:勒L五、Vo鴉ig疫t線型(L絞or柳en稼tz線型晨與Ga夕us姑s線型畏的卷泛積)實際佳觀察斑到的倦譜線恒線型踐一般警都是Vi醉og慶t線型為，通后過反堂卷積嶺分析宜得到L(-行0)和G(-紙0)原子鍬吸收挪和發(fā)近射線誰性，姑同時驕受自錯發(fā)輻瘦射和閑速度慎影響第3.肺3節(jié)緞碰撞須加寬R(長A,揪B)碰撞東伙伴(對)A泛-B質心飼間距碰撞瓣頻移擴，可臘正可鞏負(取決趟于勢掛能曲唉線/面)2Rc碰撞紀直徑c=Rc/v=挎2p才s苗(1技nm惜/5暫00搭ms-1)碰撞兔時間(彈性)碰撞泛產生宰頻移與加府寬的恭原因圣：內能密差來自顫碰撞平動艙能，叢非碰豈撞產生改停變體閣系內檢態(tài)絕熱陣近似研、B-死O近似原子始核重團排(碰撞床、化遺學反飾應)過程羞中，盛電子棒的電換荷分均布/躍遷(fs)可實令時快寸速地擠調整(垂直彩躍遷)兩體地碰撞輻射B粒子快數吸收測量I(,風T)塔T關系旁，可逃獨立馳得到癥基態(tài)Vi沿(R)的信秀息：碰撞謝后輻總射譜蒙線產洲生加腥寬與做移動扶：溫度內態(tài)勁發(fā)生轎變化Le洽nn析ar武d-J售on勸es錯(咐12困-6交)勢：誘導絞偶極遷矩-誘導澇偶極靈矩之沒間相尺互作拼用Co代ul笑om滅b勢：兩帶電愚粒子剩之間絕相互緩作用關于V(稠R)正頻癢移碰撞懶頻移腥來自樂碰撞極對的盲動能寨轉換動能單減少負頻才移動能油增加非彈悼性碰惡撞：導致筆（A,撕B)內態(tài)岸發(fā)生恐變化妖，例類如A原子屢激發(fā)折態(tài)Ei的淬點滅消激墨發(fā)的臨淬滅懷過程聯(lián)與自彈發(fā)輻舌射一轟樣減萍少發(fā)汽光的榨激發(fā)壇態(tài)原子的物布居棋數（旋淬滅娃碰撞威）非彈欲性碰抄撞導籠致加禁寬正盼比于搜壓力（壓力隊加寬萬）但不良產生浙頻移彈性翻碰撞宜：不改嶄變（A,涉B)的內掠態(tài)，騙但引堆起頻痕移坡擾豆相碰驚撞氣壓振子遍頻率努變化振子媽相位圣變化碰撞撞時間Li彈性欠碰撞融既導孕致加烏寬又產生歉頻移囑：頻移浩碰撞毯截面展寬濫碰撞賠截面碰撞車頻移碰撞督加寬頻移職碰撞斯截面加寬脫碰撞裝截面彈性凝碰撞糧：相互央作用侍勢與其線移趨、線敢寬的僻關系相移?？烧常–i>土Ck）可恰負（Ci<污Ck），襯取決比于碰偽撞伙穴伴自燃旋和障角動粘量的爐相對齒取向修。對b的貢藥獻主順要來浩自小攪碰撞軟參數翻的碰像撞，根而大冰的碰缺撞參帆數的車碰撞乓仍然匆對s貢獻孕很大什。即睬：遠預距離棒的彈玻性碰肝撞雖杠然不咳明顯而改變著譜線躍的線蒙寬，依但仍攜然可神有效南改變逝譜線兄中心勁頻率揭位置流。帶電熄粒子題的相欄互作掏用可翅用線腎性和俱平方St虹ar禮k效應孩描述彎。線甘性St巡壽ar思k效應薯僅影協(xié)響加樓寬，跪而平灣方St緩ar朋k效應睜也產菌生頻蠢移。Di辭ck抹e窄化(R霞.H負.D曲ic絕ke葛,1訪95悶3)H2O1871cm-1轉動線Dicke窄化壓力加寬現(xiàn)象撲：在紅榆外(I勢R)和微灰波(M屑W)區(qū)域經，有說時碰恢撞不舉是導腐致加盆寬而恨是譜考線窄從化(Di始ck萍e窄化)物理妹：躍遷活的上歲態(tài)壽泉命>碰撞析平均慕時間撈。頻作繁的碰彈性揮碰撞蒙使得冤壽命佛內平體均速扔度分給量變辣小，趕因而Do仿pp蓋le楊r頻移汪變小把。如鼓果平僵均自寶由程<躍遷刻波長戚，且Do攔pp巴le場r加寬志大于殃壓力親加寬糠時，臨出現(xiàn)開譜線疲變窄彼。緩沖肆氣體碰撞次也導水致擴妨散速銳率增乓加，禁因而簡相互匆作用悅時間則增長減，渡恒越加編寬相對減小巴另槐一類杰碰撞渡窄化煙（搬如：大氣泡Rb鐘）譜線撐的碰利撞窄頁化第3.好4節(jié)永渡越佩加寬加寬吸的原興因：相互炎作用立時間T肺<自發(fā)勿輻射隙壽命sp物理桿模型猶：有限戀時間T震蕩錦的諧料振子袋或Ga界us鏟s光場誓誘導棕偶極蒼子減小艦加寬拼的途渣徑：增加坐相互柿作用片時間vi炒a加大逆激光世束直圓徑or搞/&減小喇原子待速度(e胃.g輪.激光錄冷卻)Fo親ur砍ie龍r變換渡越雀時間第3.咱5節(jié)直均勻手與非申均勻學加寬均勻剛加寬度：所有套原子來所輻眼射（展或吸暢收）戲的線嶄型（特滔定頻暴率的趁躍遷璃幾率餃分布廣）相同包括坑：衫自然抱線寬帽、不籠改變河速度予的彈釘性與僅非彈井性碰臺撞加純寬渡越賤加寬蘿、飽外和與職功率朋加寬固體濱與液脖體中職原子插的輻戒射譜很線的腐加寬非均旦勻加盼寬：不同積原子木的輻幼射（已或吸噴收）釀線型微不一州樣包括犧：Do經pp攝le陣r加寬徑、無Do霞pp欺le很r譜中趟改變瘋速度宰的碰乎撞加韻寬（光比作用時碰間>自由退光譜啞程/平均嶺速度萄）非均咸勻功憂率加省寬（耽光譜誰燒孔揚）固體惠與液預體中銷不均焦勻環(huán)絞境雜公質原辱子輻豬射譜殲線的鏡加寬第3.陶6節(jié)伶飽和擇與功獨率加厭寬加寬距的原刷因：光泵合功率呆遠大孝于弛哄豫速竿率，僻引起朝上能摩級粒頃子數削布居梳的飽番和物理賞模型1：二能憑級原倚子(g1=g2=1敬)穩(wěn)態(tài)釣速率咽方程漂白（無柏吸收克）：s陣,視N飄哥0譜,宋用挎0無光拐泵的欣吸收磚系數頻率燭依賴耽飽和償參數中心痕頻率山飽和病參數無飽通和效肥應有飽模和效仗應飽和謙光強始：其塘增益頑為弱敬光條蘋件下車的1/佛2S=坡11D[m]s[ns]IsL[mW/cm2]LiD20.67127.22.5NaD20.58916.