光源知识培训-气体放电的基本原理.ppt

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1、第四章气体放电的基本原理光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌4.1气体放电的辐射光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌自持放电条件Υ(e-1)=1αdVAd光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌KA一.辐射的形成方式1.激发态粒子回到低能级态(基态)时的自发(受激)辐射→线光谱△E=hν2.正负带电粒子的复合辐射→连续谱3.带电粒子的减速产生的轫致辐射光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌二.线光谱hνnm=En-Em=e△Vnm=hc/λnmλnm=1239/△Vnm△V→Vλnm→nmE0EmEnE光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌hγm

2、nhγn01.不同元素的能级不同，其辐射的波长不同→选择性强2.共振辐射的效率(特别是第一共振态)最高3.能级之间的跃迁服从选择定则4.线光谱辐射的功率密度Pnm光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌定义Pnm=nnAnmhνnmAnm从n→m跃迁几率LTE下nn由Boltzmann分布描述nn=n0gng0exp(-)EnKTPnm=n0gng0Anmhνnmexp(-)KTEnPnm：压力p(n0)，温度T，能级性质(En,Anm)光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌5.可见辐射的△E范围△E＝En-Emλ△E＝1239λ＝380～780△E＝1.

3、7ev(780nm)～3.2ev(380nm)光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌三.分子的带状光谱E＝Ee＋Ev＋Er△E＝△Ee＋△Ev＋△Erν=△Eh△Ee＋△Ev＋△Erh=光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌以△Ee为主分辨率不高时，为带状光谱分辨率高时，有很多条谱线大部分光谱在可见区及紫外区→Ra气体放电灯矛盾：光效和显色性热辐射光源矛盾：光效和寿命光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌四.连续光谱→e+A→A+△Ea)hν=△E=Ei-Em+12meve2Ve=0～∞→为连续谱EEiEm12meve2光源原理与设计—气体放电的基本原

4、理诸定昌1.复合辐射（f-b跃迁）因为慢电子浓度高(maxwell)而且更容易与正电子复合当v=0时ν0=Ei-Emh为频率下限c)辐射总功率Pcr∝ZneTe42-3/2光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌b)连续谱的特征EEmEnhγhγ0f-bf-fmeve2-meve’2meve21212122.轫致辐射(f-f跃迁)e+A+→A++e+△E→a)hν=12me(Ve-Ve’)b)可证Pcb∝ZneTe2222-1/2光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌3.连续光谱产生的特点a)高气压大电流密度放电下，有强的连续光谱b)放电蒸汽元素的Z越大，

5、连续光谱越强，且以复合辐射为主c)高温下，连续光谱以轫致辐射为主高光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌五.气体放电光源辐射的特点1.工作温度不受灯丝材料性质的限制2.辐射光谱可选择3.寿命大大高于热辐射光源，光维持性好4.基本矛盾η-Ra光谱放宽光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌4.2光谱线的轮廓和放宽光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌一.光谱线的轮廓光强度在一定波长区内都有分布的现象，称光谱线的放宽。其分布的形状就称为谱线的轮廓。IλcIλmaxλ0△λhIλλ光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌Prof.λ总强度It=∫Iλdλ1.产

6、生放宽的机理a)辐射原子自身原因：自然宽度，多普勒效应b)外界原因：压力放宽2.光谱线轮廓的类型光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌a)定义Prof.λ=IλItIλ∫IλdλIλ=It*Prof.λ∫Iλdλ=∫ItProf.λdλ=It∫Prof.λdλ=It∫Prof.λdλ=1→“归一化”性质=光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌以频率ν表示Prof.ν=cν2Prof.λ以ω表示Prof.ω=12πProf.ν光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌b)色散型(洛仑兹力)轮廓Prof.ω=γ2π1(ω-ω0)+()γ2c)高斯型轮廓Prof

7、.ω=()exp[-]4Ln2πγ4Ln2(ω-ω0)222γ2221光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌二.谱线的自然宽度t→t+dtdnn=-AnmnndtNn(t)=nn0e-Anmt=nnoe-t/τnΤnm为跃迁的时间常数，是Anm的倒数光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌初始条件：t=0n

8、t=0=nn0海森伯(Heisenberg)测不准原理△E△τnm=h/2π=h1.定义：激发态原子寿命的不确定性引起能量的不确定性，由此造成的谱线放宽称自然宽度。2.轮廓类型→色散型光源原理与设计—气体放电的基本原理诸定昌三.谱线的多普勒放宽1.定义

9、：多普勒放宽静止：运动：ν0=cλ0ν=c+vxλ0