光谱原理PPT学习教案

1、会计学1光谱原理光谱原理 谱线不是“线”！I第1页/共21页线型线型线身(核)线翼线型：线型：谱线强度围绕中心频率0附近的分布函数I()高斯线型、洛伦兹线型、佛克脱线型高斯线型、洛伦兹线型、佛克脱线型第2页/共21页半宽半宽半高半宽，或半高全宽（半宽，或半高全宽（FWHM，Full with at half maximum）谱线线宽谱线线宽I(1)=I(2)=I(0)/2的频率间隔=|1-2|第3页/共21页波长和频率表示的线宽有什么关系？波长和频率表示的线宽有什么关系？2c问题问题：钠元素的双黄D线的中心波长分别590 nm和590.6 nm，这两条谱线的频率间隔为多少？答案答案：约516

2、GHz。第4页/共21页 发射或吸收理论中所包含的一种谱线增宽机制 两个能级之间的跃迁存在一定的跃迁几率，它决定了能级具有一定寿命(1) 假设由k能级跃迁到i能级，有如下关系tkkkkikikeNNdtNdN0跃迁几率(2) 能级平均寿命kiktkkikkkiNdteNdNdNtik1000第5页/共21页海森堡测不准关系与线宽海森堡测不准关系与线宽 能级寿命有限，所以能级具有一定的范围kkEiEkEE0hh02/1/1ikikhEE自然线宽第6页/共21页自然增宽线型自然增宽线型(1) 偶极子辐射振幅 tteeEtEN022/0ikN11(2) 上式傅立叶变换 2222exp2100NiiE

3、dtitEg(3) 线型为上式与其共轭的乘积 2202214NNNLikN1121辐射阻尼常数第7页/共21页自然增宽讨论自然增宽讨论(1) 线型和线宽ikN1121洛伦兹线型(2) 自然线宽很难观察到，容易被其它增宽效应所掩盖(3) 如果能够测得自然线宽，可估计能级寿命能级寿命(4) 紫外-可见波段的自然线宽为10-5 nm量级第8页/共21页 由粒子的无规则热运动引起 多普勒效应多普勒效应：当粒子沿光的传播方向或者与光的传播方向反向运动时，它所“看到”的光的频率就不是原先的频率0cvcvTvccczzz11100第9页/共21页多普勒增宽多普勒增宽(1) 热运动下，粒子运动速度服从麦克斯韦

4、-玻尔兹曼分布 zzzzdvkTMvkTMdvvP2exp22(2) 代入多普勒效应，得到频率分布， dkTMckTMcP2020202exp2第10页/共21页多普勒增宽线型与线宽多普勒增宽线型与线宽 多普勒增宽线型 2020202exp2kTMckTMcGD10701016. 72ln22sATMkTcD 线宽高斯线型第11页/共21页高斯线型高斯线型洛伦兹线型洛伦兹线型线宽相等高斯线型与洛伦兹线型的比较高斯线型与洛伦兹线型的比较第12页/共21页多普勒增宽讨论多普勒增宽讨论(1) 多普勒展宽随温度升高而增大，随原子质量增加而减小(2) 多普勒展宽与频率成正比，为非均匀增宽，自然增宽和自然

5、增宽和碰撞展宽碰撞展宽（后面会讲）为均匀增宽(3) 紫外-可见波段的多普勒展宽比自然线宽高约2个数量级，约为10-3 nm第13页/共21页 也称压力增宽压力增宽 粒子与粒子之间碰撞，粒子与器壁碰撞 碰撞会使粒子辐射波列中断为有限波列，导致展宽 碰撞作用带来的碰撞衰减系数碰撞衰减系数C，与前面提到的辐射阻尼系数N的作用效果类似碰撞作用时间 多普勒展宽，近似洛伦兹线型 最一般的情况，非单纯洛伦兹线型，非单纯高斯线型，而是各种线型的卷积, , ,0000dFGF第17页/共21页卷积的结果卷积的结果 高斯线型卷积卷积高斯线型 = 高斯线型 洛伦兹线型卷积卷积洛伦兹线型 = 洛伦兹线型 高斯线型卷积卷积洛伦兹线型 = 佛克脱线型高斯线高斯线型型洛伦兹线洛伦兹线型型佛克脱线佛克脱线型型第18页/共21页（1） 飞行时间展宽飞行时间展宽 粒子与辐射场作用时间 能级的自发寿命 分子转动-振动能级中容易出现飞行时间展宽F 分子-振动转动能级寿命为ms量级F 粒子速度5104 cm/s，光束直径0.1 cm，则穿越光束时间为2 sF 导致分子看到的辐射场时间有限，即在原辐射场的基础上乘以一个方波激光粒子矩形波I(x)Sinc函数I()第19页/共21页（2） 仪器增宽仪器增宽 光谱仪器固有的光谱分辨率有限所造成的谱线增宽 仪器响应函数，光谱仪器检测单色入射光得到的