光谱线展宽的物理机制

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1、光谱线展宽的物理机制摘　要本文首先介绍了原子光谱的形成和原子谱线的轮廓，以及用来定量描述谱线轮廓的三个物理量——谱线强度、中心频率和谱线半高宽。接下来对光谱线展宽的各种物理机制作了定性或定量地分析。详细地推导了谱线的自然展宽、多普勒展宽（高斯展宽）和洛伦兹展宽的半高宽公式。并推导出了佛克脱半高宽、多普勒半高宽和洛伦兹半高宽之间的关系式。给出了赫鲁兹马克展宽（共振展宽）的半高宽公式。定性地分析了谱线的自吸展宽。以类氢离子为例说明了同位素效应引起的同位素展宽。定性地分析了原子的核自旋对谱线宽度的影响。说明了在有外电场或内部不均匀强电场存在的情况

2、下谱线会产生斯塔克变宽，在有外磁场存在的情况下谱线会产生塞曼变宽。最后对光谱线展宽的各种物理机制做了一个简单的总结，指出光谱线展宽的实质是光的频率发生了变化，各种新频率光的叠加导致了光谱线的展宽。并说明了对光谱线展宽的物理机制的研究，在提高光的单色性和物理量测量等方面具有重要的意义。关键词：谱线展宽；物理机制；谱线轮廓；半高宽20THEPHYSICALMECHANISMOFSPECTRALLINEBROADENINGABSTRACTFirstly,weintroducetheformationofatomicspectrumandtheou

3、tlineofatomicspectrallineinthispaper,aswellasthreephysicalquantities—intensityofspectralline,centerfrequencyandhalfwidthofspectrallineprofilewhichareusedtodescribespectrallineprofilequantitatively.Nextweanalyzevariousphysicalmechanismofspectrallinebroadeningqualitativelyor

4、quantitatively.Thenaturalhalfwidthofspectralline,halfwidthofDopplerspectrallineprofile(Gaussianspectrallineprofile)andhalfwidthofLorentzspectrallineprofilearederiveddetailedly.AndtherelationshipofhalfwidthofVoigtspectrallineprofile,halfwidthofDopplerspectrallineprofileandh

5、alfwidthofLorentzspectrallineprofileisalsoderiveddetailedly.WeintroduceHoltsmarkbroadening(resonancebroadening)andgivehalfwidthofHoltsmarkspectrallineprofile.ItisintroducedqualitativelyhowtheSelf-absorptionbroadeningaffectsspectrallineprofile.TakingHydrogenicionsforanexamp

6、le,weexplainisotopebroadeningcausedbyIsotopeeffect.Spectrallinebroadeningcausedbynuclearspinisanalyzedqualitatively.StarkeffectcancauseStarkbroadeningwhenthereisexternalelectricfieldorinternalnon-uniformstrongelectricfield,andZeemaneffectcancauseZeemanbroadeningwhenthereis

7、externalmagneticfield.Finally,wemakeasummaryonthephysilcalmechanismofspectrallinebroadening,pointingoutspectrallinebroadeningisessentiallyachangeinthefrequencyofspectrallines,andsuperpositionofvariousspectrallineshavinganewfrequencycomponentleadstospectrallinebroadening.Th

8、estudyonthephysilcalmechanismofspectrallinebroadeninghasveryimportantsignificanceinmanyas