1.4光和物质的作用.ppt

1、1.4.1光谱线、线型和光谱线宽、1 .分辨率极高的分光器拍摄的各原子发射光谱线具有有限宽度。 原子不是发射频率(满足)的光，而是发射频率接近的某一范围的光。 2 .关于各光谱线，在有限宽度的频率范围内光强的相对强度也不同。 设某光谱线的总光强为I0、频率附近的单位频率间隔的光强为，则频率附近的单位频率间隔的相对光强：3.曲线如图(1-10a )所示，表示某光谱线在单位频率间隔下的相对光强分布，称为光谱线的线性函数。 图(1-10b )是理想的单色光的相对光强度分布，如果图(1-10 )的光谱的线性函数、5 .频率为的频率间隔范围内的光强度，则上式是图(1-10 )中的曲线下阴影部分的面积，是

2、1.4.1光谱线、线种和光谱此公式是线性函数的规范化条件。 7 .光谱宽度：相对光强度处于最大值一半的频率间隔，即，因此，单位时间内，总自发辐射原子数密度总的感应辐射原子数密度总的感应吸收原子数密度，(1)考虑到光谱线种类的影响，单位时间内，根据频率处于间隔的8 .光谱类型对光和物质的作用的影响1.4.1光谱、线型和光谱宽度，此时激发辐射的跃迁概率为：同样，激发吸收跃迁概率为：其中外来光的总辐射能量密度。 这表明总能量密度为的外来光频率只能感应放射到附近原子。 入射光的中心频率虽然线宽，但相当小于原子发射光谱线宽的情况下，如图(1-11a )所示，单位时间内的总激励放射原子数密度n为：(2)总

3、激励放射(吸收)原子数密度与外来光的单色能量密度有关，因此，可以分为两种情况此时的激发辐射的转变概率为：相同地，激发吸收转变概率为：入射光的光谱宽度，单色辐射能量密度或原子光谱线的线性函数，线宽，中心频率。 如图(1-11b )所示，由于每单位时间的总激发辐射原子数密度n等于：因此当入射光线宽度远大于原子光谱线宽度时，激发转变与原子光谱中心频率下的外来光单色能量密度有关。1.4.1光谱线、线性和光谱线宽、图(1-11 )外来光的激发原子数密度、1.4.2自然放大、1 .经典理论、(1)经典理论认为一个原子为一个负的中心和的正负的电中心距离r进行频率的简并谐振动作时，该原子放射频率为电磁波， 电

4、磁波在空间某一点的场向量是：(2)由于衰减振动不是简谐振动，所以原子辐射的波不是单色的，光谱线具有有限宽度。 由傅里叶分析可知，考虑到t 0，因为U (t)=0，所以上式自然扩展，(3)作为电偶极子看到的原子衰减振动带来的光谱扩展。 从线性函数的归一化条件可以估计图(1-13 )劳伦兹线性函数、1.4.2自然放大、古典理论自然放大的大小。 2 .量化解释，(2)当具有宽度的上能级原子向具有宽度的下能级转变时，包围中心频率的频谱宽度在.1.4.2自然展开，以及(4)例示量化解释符合经典理论的估计，2 .同理4 .当发光原子同时具有碰撞扩展(与气压p成比例)和自然扩展时，得到的线型仍为洛伦兹线型，

5、其线宽可证明两者之和，即1.4.3碰撞扩展，(1)多普勒效应：光源和接收器的相对运动当光在介质中传播时，光速是当前频率在1.4.4多普勒变宽的(2)若取光源和接收器两者在接线方向上的相对速度，则接收光的频率可写为如下如果两者相离，则取负值。 这叫做光的纵向多普勒效应。2 .多普勒放大、1.4.4多普勒放大、(3)由于频率与速度成分有一对一的关系，1.4.4多普勒放大、(4)以氦氖激光和CO2激光的多普勒放大为例进行修正。 比较三种光谱线的扩散可知，自然扩散远小于碰撞扩散和多普勒扩散。 1 .自然扩散和碰撞扩散的各原子发出的光有助于光谱线内的任何频率，该扩散是均匀的扩散。 2 .在多普勒放大器中，各种速度的原子对中的不同频率有贡献。 不同的原子有不同的作用，这种扩散被称为不均匀的扩散。 其线性函数是高斯分布函数。 3 .两种线型函数都是贝尔曲线，但差别很大。 如图(1-1