谱线加宽与线型函数课件

谱线加宽与线型函数教学目标教学目标了解激光器的几种理论理解谱线加宽与线型函数的概念掌握谱线加宽的几种加宽机制重点掌握均匀加宽与非均匀加宽的特点，并比较两者的相同的和不同点知识引入激光器的几种理论：经典理论，半经典理论，量子理论，速率方程理论。经典理论：将原子系统与光频电磁场都做经典处理，即用经典电动力学的麦克斯韦方程组描述电磁场，将原子中的运动电子视为服从经典力学的振子。该理论成功地解释了物质对光的吸收与色散现象，说明了原子的自发辐射及谱线宽度。知识引入3.3谱线加宽与线型函数基本概念均匀加宽

自然加宽碰撞加宽晶格振动加宽非均匀加宽

多普勒加宽晶格缺陷加宽由于各种因素的影响，自发辐射并不是单色的，即光谱不是单一频率的光波，而包含有一个频率范围，称为谱线加宽。P()是描述自发辐射功率按频率分布的函数。它定义为发光粒子在频率处、单位频率间隔内的自发辐射功率，它是频率的函数。在总功率P中，分布在~+d范围内的光功率为P()d

，数学表示为谱线加宽与线型函数基本概念加宽机制之一——均匀加宽

定义：在光源的发光粒子系统中，如果引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的，则这种加宽称作均匀加宽。特点：每个原子都以整个线型发射，不能把线型函数上的某一特定频率和某些特定原子联系起来，即每一发光原子对光谱线内任一频率都有贡献。中心频率不变，线宽加大。线型函数为洛伦兹型。自然加宽、碰撞加宽和晶格振动加宽属于均匀加宽1自然加宽在不受外界影响时，受激原子并非永远处于激发态，会自发地向低能级跃迁，因而受激原子在激发态上具有有限的寿命。这一因素造成原子跃迁谱线的自然加宽。特点洛仑兹线型。当=o时，g取最大值。由于是均匀加宽，每个发光原子对线性函数曲线的每一部分都有贡献。原子谱线的宽度以及辐射持续时间都反映了原子能级的性质。2 碰撞加宽大量原子（分子）之间的无规“碰撞”是引起谱线加宽的另一重要原因。由于粒子之间的碰撞（相互作用）引起的谱线加宽称为碰撞加宽。在气体工作物质中：大量原子（分子）处于无规则热运动状态，当两个原子相遇而处于足够接近的位置时（或原子与器壁相碰时），原子间的相互作用足以改变原子原来的运动状态。认为两原子发生了碰撞。弹性碰撞非弹性碰撞碰撞过程使波列发生无规则相位突变3晶格振动加宽对于固体激光物质，均匀加宽主要是由晶格热振动引起的，自发辐射和无辐射跃迁造成的谱线加宽是很小的。固体工作物质中，激活离子镶嵌在晶体中，周围的晶格场将影响其能级的位置。由于晶格振动使激活离子处于随时间变化的晶格场中，激活离子的能级所对应的能量在某一范围内变化，因而引起谱线加宽。温度越高，振动越剧烈，谱线越宽。由于晶格振动对于所有激活离子的影响基本相同，所以这种加宽属于均匀加宽。加宽纪机制萌之二—销—非及均匀旬加宽概念希：光源竖光谱扒线的玻线型侄函数窗取决俭于各浅发光旧粒子像中心乏平率还的分阁布，阔它不类再与叠单个她发光禁粒子睬的光宣谱线竞线型践函数肌相同临，称违这种提加宽己为非测均匀晋加宽铃。特点菠：中心暗频率摇发生爷变化蔬。原子般体系中每个挨原子贤只对淡谱线悔内与已它的表观混中心芽频率相应卫的部旺分有冤贡献皂，因追而可往以区浸分谱晴线上过的某溪一频鲜率范谱围是狭由哪惕一部亡分原岩子发把射的。线型食函数染为高榴斯型住。分类：多组普勒矛加宽勾、晶忆格缺胜陷加押宽。1、阀多普词勒加丸宽多普坏勒加举宽是剑由于领作热碗运动峡的发狠光原践子（必分子害）所睡发出砍的多认普勒很频移究引起惯的。光学保多普慎勒效例应：顷当光临源与辽光接绿收器敢作相谦对运翠动时铃，光潮接收阶器接激收到朵的光亮波频孝率将枣随光敌源与望接收宰器相肤对运谢动速炕度的兔不同创而改葱变。多普难勒加狐宽线林型函砌数2、龙晶格钟缺陷靠加宽固体槐工作当物质腿中，僚不存表在多勾普勒喷加宽皱，但酒有一立系列们引起户非均沾匀加米宽的联其他君物理洗因素贡。在晶井格缺嚷陷部受位的搜晶格撇场和冠无缺背陷部粱位的饰理想薯晶格啦场不见同，乡丰处于称缺陷肺部位迁的激今活离问子的菠能级蔑将发喊生位吧移，逮导致完处于非晶体佩不同瘦部位握的激每活离鞋子的翼发光隙中心知频率伤不同评，即裹产生弯非均辨匀加觉宽。在玻宫璃基围质中养，由萝于玻届璃结勇构的下无序链性，木各个断激活薯离子戚处于取不等得价的反配位朗场中哨，导互致了全与晶比格缺枪陷类舱似的逃非均敲匀加血宽。1.驻气体白工作歉物质屿的综六合加堵宽线串型函升数激光搏器中盆引起杂均匀版加宽脱和非找均匀跨加宽巡寿的物豆理因棉素往诞往是盛同时拦存在地的。蹈称由倘均匀枣加宽左和非疲均匀霸加宽诞同时库引起粗的光新谱线意加宽少成为背综合滤加宽美。对于诵气体赚工作税物质突,主娱要的匆加宽兵类型挪就是谎由碰剧撞引圈起的涨均匀约加宽科和多尖普勒丹非均占匀加即宽。左由于役它们宵的线释型函臭数具注有前蛛节所讲述的这解析疾形式挽,因澡而我孕们有树可能绣同时牢考虑鞭这两券种加升宽因福素来提求得丹综合构加宽农线型防函数慎。综合孤加宽在一般情废况下脊，固灾体激桌光工罗作物束质的旁谱线征加宽小主要呀是晶厨格热坛振动岂引起羽的均使匀加怒宽和突晶格垒缺陷质引起多的非廊均匀寨加宽每,它峡们的尸机构辛都较企复杂怨,很校难从圆理论笛上求竿得线列型函鸟数的区具体累形式胖，一爪般都嚼是通鸦过实抛验求恒得它练的谱详线宽基度。下图给叫出实本验测盒得的险红宝按石6疯94巷.3荒0n故m和Nd：独YA碌G的荡1.响06撕um闸谱线揪宽度白与温袄度的渔关系羞。从节图(估a)域看出饮，红抵宝石拿在低椒温时探主要麻是品翻格缺恩陷引我起的父非均孝匀加节宽,丽它与族温度胸无关巩;而投在常主温时哗则是赌晶格慢热振桥动引滋起的砍均匀紧加宽秧为主暴,它道随温财度的禾升高心而加添大。珠对N蚂d:右YA刑G晶镜体,既由于悦晶体妖质量涝比红障宝石笔好,沿因而近非均跪匀加向宽可日以忽歪略,屈在整逆个温袄度范逗围内荣都以盖均匀黄加宽罚为主自。红宝虚石和泪Nd兽:Y程AG瓦的谱宵线宽恭度与絮温度煎关系墨曲线(a刑)红株宝石改,6季94懂.3慎2n左m(热b)莫Nd霞:Y徒AG尾A-峡06