1、第2章 光譜原理,2.1 原子結(jié)構(gòu) 2.2 分子結(jié)構(gòu) 2.3 光與物質(zhì)相互作用 2.4 光譜線輪廓與線寬,2.4 譜線輪廓與線寬,2.4.1 線型與半寬 2.4.2 自然線寬 2.4.3 多普勒展寬 2.4.4 碰撞展寬 2.4.5 佛克脫線型 2.4.6 其它展寬,2.4.1 線型與半寬,譜線不是“線”！,線型,線型：譜線強度圍繞中心頻率0附近的分布函數(shù)I() 高斯線型、洛倫茲線型、佛克脫線型,半寬,半寬，或半高全寬（FWHM，F(xiàn)ull with at half maximum） 譜線線寬 I(1)=I(2)=I(0)/2的頻率間隔=|1-2|,波長和頻率表示的線寬有什么關(guān)系？,問題：鈉元素

2、的雙黃D線的中心波長分別590 nm和590.6 nm，這兩條譜線的頻率間隔為多少？,答案：約516 GHz。,2.4.2 自然線寬,發(fā)射或吸收理論中所包含的一種譜線增寬機制 兩個能級之間的躍遷存在一定的躍遷幾率，它決定了能級具有一定壽命,(1) 假設(shè)由k能級躍遷到i能級，有如下關(guān)系,(2) 能級平均壽命,海森堡測不準(zhǔn)關(guān)系與線寬,能級壽命有限，所以能級具有一定的范圍,自然增寬線型,(1) 偶極子輻射振幅,(2) 上式傅立葉變換,(3) 線型為上式與其共軛的乘積,輻射阻尼常數(shù),自然增寬討論,(2) 自然線寬很難觀察到，容易被其它增寬效應(yīng)所掩蓋,(3) 如果能夠測得自然線寬，可估計能級壽命,(4)

3、 紫外-可見波段的自然線寬為10-5 nm量級,2.4.3 多普勒展寬,由粒子的無規(guī)則熱運動引起 多普勒效應(yīng)：當(dāng)粒子沿光的傳播方向或者與光的傳播方向反向運動時，它所“看到”的光的頻率就不是原先的頻率0,多普勒增寬,(1) 熱運動下，粒子運動速度服從麥克斯韋-玻爾茲曼分布,(2) 代入多普勒效應(yīng)，得到頻率分布，,多普勒增寬線型與線寬,多普勒增寬線型,線寬,高斯 線型,高斯線型與洛倫茲線型的比較,多普勒增寬討論,多普勒展寬隨溫度升高而增大，隨原子質(zhì)量增加而減小 多普勒展寬與頻率成正比，為非均勻增寬，自然增寬和碰撞展寬（后面會講）為均勻增寬 紫外-可見波段的多普勒展寬比自然線寬高約2個數(shù)量級，約為1

4、0-3 nm,2.4.4 碰撞展寬,也稱壓力增寬 粒子與粒子之間碰撞，粒子與器壁碰撞 碰撞會使粒子輻射波列中斷為有限波列，導(dǎo)致展寬 碰撞作用帶來的碰撞衰減系數(shù)C，與前面提到的輻射阻尼系數(shù)N的作用效果類似,碰撞作用時間 相鄰兩次碰撞時間 碰撞不會影響向外輻射,碰撞增寬線型與線寬,(1) 線型，洛倫茲線型,(2) 線寬,碰撞增寬討論,低氣壓下，碰撞展寬與氣壓成正比 碰撞增寬比自然增寬要大得多 碰撞增寬是液體中譜線增寬的主要方式（液體密度大），相鄰兩次碰撞時間間隔小于能級壽命（譜線增寬大大增加），碰撞展寬大于相鄰譜線間距時會形成連續(xù)光譜，如：液體分子的振-轉(zhuǎn)譜線。,2.4.5 佛克脫（Voigt）線

5、型,在實際情況中，往往幾種譜線展寬機制同時起作用 不同條件使某種展寬機制占優(yōu)勢 (1) 低氣壓的輝光放電：多普勒展寬比自然展寬和碰撞展寬高2個數(shù)量級，近似高斯線型 (2) 低溫、高密度的重氣體：碰撞展寬 多普勒展寬，近似洛倫茲線型 最一般的情況，非單純洛倫茲線型，非單純高斯線型，而是各種線型的卷積,卷積的結(jié)果,高斯線型卷積高斯線型 = 高斯線型 洛倫茲線型卷積洛倫茲線型 = 洛倫茲線型 高斯線型卷積洛倫茲線型 = 佛克脫線型,2.4.6 其它展寬,（1） 飛行時間展寬,粒子與輻射場作用時間 能級的自發(fā)壽命 分子轉(zhuǎn)動-振動能級中容易出現(xiàn)飛行時間展寬 分子-振動轉(zhuǎn)動能級壽命為ms量級 粒子速度5104 cm/s，光束直徑0.1 cm，則穿越光束時間為2 s 導(dǎo)致分子看到的輻射場時間有限，即在原輻射場的基礎(chǔ)上乘以一個方波,（2） 儀器增寬,光譜儀器固有的光譜分辨率有限所造成的譜線增寬 儀器響應(yīng)函數(shù)，光