譜線加寬與線型函數(shù)課件

譜線加寬與線型函數(shù)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)了解激光器的幾種理論理解譜線加寬與線型函數(shù)的概念掌握譜線加寬的幾種加寬機(jī)制重點(diǎn)掌握均勻加寬與非均勻加寬的特點(diǎn)，并比較兩者的相同的和不同點(diǎn)知識引入激光器的幾種理論：經(jīng)典理論，半經(jīng)典理論，量子理論，速率方程理論。經(jīng)典理論：將原子系統(tǒng)與光頻電磁場都做經(jīng)典處理，即用經(jīng)典電動力學(xué)的麥克斯韋方程組描述電磁場，將原子中的運(yùn)動電子視為服從經(jīng)典力學(xué)的振子。該理論成功地解釋了物質(zhì)對光的吸收與色散現(xiàn)象，說明了原子的自發(fā)輻射及譜線寬度。知識引入3.3譜線加寬與線型函數(shù)基本概念均勻加寬

自然加寬碰撞加寬晶格振動加寬非均勻加寬

多普勒加寬晶格缺陷加寬由于各種因素的影響，自發(fā)輻射并不是單色的，即光譜不是單一頻率的光波，而包含有一個(gè)頻率范圍，稱為譜線加寬。P()是描述自發(fā)輻射功率按頻率分布的函數(shù)。它定義為發(fā)光粒子在頻率處、單位頻率間隔內(nèi)的自發(fā)輻射功率，它是頻率的函數(shù)。在總功率P中，分布在~+d范圍內(nèi)的光功率為P()d

，數(shù)學(xué)表示為譜線加寬與線型函數(shù)基本概念加寬機(jī)制之一——均勻加寬

定義：在光源的發(fā)光粒子系統(tǒng)中，如果引起加寬的物理因素對每個(gè)原子都是等同的，則這種加寬稱作均勻加寬。特點(diǎn)：每個(gè)原子都以整個(gè)線型發(fā)射，不能把線型函數(shù)上的某一特定頻率和某些特定原子聯(lián)系起來，即每一發(fā)光原子對光譜線內(nèi)任一頻率都有貢獻(xiàn)。中心頻率不變，線寬加大。線型函數(shù)為洛倫茲型。自然加寬、碰撞加寬和晶格振動加寬屬于均勻加寬1自然加寬在不受外界影響時(shí)，受激原子并非永遠(yuǎn)處于激發(fā)態(tài)，會自發(fā)地向低能級躍遷，因而受激原子在激發(fā)態(tài)上具有有限的壽命。這一因素造成原子躍遷譜線的自然加寬。特點(diǎn)洛侖茲線型。當(dāng)=o時(shí)，g取最大值。由于是均勻加寬，每個(gè)發(fā)光原子對線性函數(shù)曲線的每一部分都有貢獻(xiàn)。原子譜線的寬度以及輻射持續(xù)時(shí)間都反映了原子能級的性質(zhì)。2 碰撞加寬大量原子（分子）之間的無規(guī)“碰撞”是引起譜線加寬的另一重要原因。由于粒子之間的碰撞（相互作用）引起的譜線加寬稱為碰撞加寬。在氣體工作物質(zhì)中：大量原子（分子）處于無規(guī)則熱運(yùn)動狀態(tài)，當(dāng)兩個(gè)原子相遇而處于足夠接近的位置時(shí)（或原子與器壁相碰時(shí)），原子間的相互作用足以改變原子原來的運(yùn)動狀態(tài)。認(rèn)為兩原子發(fā)生了碰撞。彈性碰撞非彈性碰撞碰撞過程使波列發(fā)生無規(guī)則相位突變3晶格振動加寬對于固體激光物質(zhì)，均勻加寬主要是由晶格熱振動引起的，自發(fā)輻射和無輻射躍遷造成的譜線加寬是很小的。固體工作物質(zhì)中，激活離子鑲嵌在晶體中，周圍的晶格場將影響其能級的位置。由于晶格振動使激活離子處于隨時(shí)間變化的晶格場中，激活離子的能級所對應(yīng)的能量在某一范圍內(nèi)變化，因而引起譜線加寬。溫度越高，振動越劇烈，譜線越寬。由于晶格振動對于所有激活離子的影響基本相同，所以這種加寬屬于均勻加寬。加寬紀(jì)機(jī)制萌之二—銷—非及均勻旬加寬概念希：光源豎光譜扒線的玻線型侄函數(shù)窗取決儉于各淺發(fā)光舊粒子像中心乏平率還的分閣布，闊它不類再與疊單個(gè)她發(fā)光禁粒子睬的光宣譜線競線型踐函數(shù)肌相同臨，稱違這種提加寬己為非測均勻晉加寬鈴。特點(diǎn)菠：中心暗頻率搖發(fā)生爺變化蔬。原子般體系中每個(gè)挨原子賢只對淡譜線悔內(nèi)與已它的表觀混中心芽頻率相應(yīng)衛(wèi)的部旺分有冤貢獻(xiàn)皂，因追而可往以區(qū)浸分譜晴線上過的某溪一頻鮮率范譜圍是狹由哪惕一部亡分原巖子發(fā)把射的。線型食函數(shù)染為高榴斯型住。分類：多組普勒矛加寬勾、晶憶格缺勝陷加押寬。1、閥多普詞勒加丸寬多普壞勒加舉寬是劍由于領(lǐng)作熱碗運(yùn)動峽的發(fā)狠光原踐子（必分子害）所睡發(fā)出砍的多認(rèn)普勒很頻移究引起慣的。光學(xué)保多普慎勒效例應(yīng)：頃當(dāng)光臨源與遼光接綠收器敢作相謙對運(yùn)翠動時(shí)鈴，光潮接收階器接激收到朵的光亮波頻孝率將棗隨光敵源與望接收宰器相膚對運(yùn)謝動速炕度的兔不同創(chuàng)而改蔥變。多普難勒加狐寬線林型函砌數(shù)2、龍晶格鐘缺陷靠加寬固體槐工作當(dāng)物質(zhì)腿中，僚不存表在多勾普勒噴加寬皺，但酒有一立系列們引起戶非均沾勻加米寬的聯(lián)其他君物理洗因素貢。在晶井格缺嚷陷部受位的搜晶格撇場和冠無缺背陷部粱位的飾理想薯晶格啦場不見同，鄉(xiāng)豐處于稱缺陷肺部位遷的激今活離問子的菠能級蔑將發(fā)喊生位吧移，逮導(dǎo)致完處于非晶體佩不同瘦部位握的激每活離鞋子的翼發(fā)光隙中心知頻率傷不同評，即裹產(chǎn)生彎非均辨勻加覺寬。在玻宮璃基圍質(zhì)中養(yǎng)，由蘿于玻屆璃結(jié)勇構(gòu)的下無序鏈性，木各個(gè)斷激活薯離子戚處于取不等得價(jià)的反配位朗場中哨，導(dǎo)互致了全與晶比格缺槍陷類艙似的逃非均敲勻加血寬。1.駐氣體白工作歉物質(zhì)嶼的綜六合加堵寬線串型函升數(shù)激光搏器中盆引起雜均勻版加寬脫和非找均勻跨加寬巡壽的物豆理因棉素往誕往是盛同時(shí)攔存在地的。蹈稱由倘均勻棗加寬左和非疲均勻霸加寬誕同時(shí)庫引起粗的光新譜線意加寬少成為背綜合濾加寬美。對于誦氣體賺工作稅物質(zhì)突,主娛要的匆加寬兵類型挪就是謊由碰劇撞引圈起的漲均勻約加寬科和多尖普勒丹非均占勻加即寬。左由于役它們宵的線釋型函臭數(shù)具注有前蛛節(jié)所講述的這解析疾形式挽,因澡而我孕們有樹可能繡同時(shí)牢考慮鞭這兩券種加升寬因福素來提求得丹綜合構(gòu)加寬農(nóng)線型防函數(shù)慎。綜合孤加寬在一般情廢況下脊，固災(zāi)體激桌光工羅作物束質(zhì)的旁譜線征加寬小主要呀是晶廚格熱壇振動豈引起羽的均使勻加怒寬和突晶格壘缺陷質(zhì)引起多的非廊均勻寨加寬每,它峽們的尸機(jī)構(gòu)辛都較企復(fù)雜怨,很校難從圓理論笛上求竿得線列型函鳥數(shù)的區(qū)具體累形式胖，一爪般都嚼是通鴉過實(shí)拋驗(yàn)求恒得它練的譜詳線寬基度。下圖給叫出實(shí)本驗(yàn)測盒得的險(xiǎn)紅寶按石6瘋94巷.3荒0n故m和Nd：獨(dú)YA碌G的蕩1.響06撕um閘譜線揪寬度白與溫襖度的漁關(guān)系羞。從節(jié)圖(估a)域看出飲，紅抵寶石拿在低椒溫時(shí)探主要麻是品翻格缺恩陷引我起的父非均孝勻加節(jié)寬,麗它與族溫度胸?zé)o關(guān)鞏;而投在常主溫時(shí)嘩則是賭晶格慢熱振橋動引滋起的砍均勻緊加寬秧為主暴,它道隨溫財(cái)度的禾升高心而加添大。珠對N螞d:右YA刑G晶鏡體,既由于悅晶體妖質(zhì)量澇比紅障寶石筆好,沿因而近非均跪勻加向?qū)捒扇找院鐾崧?屈在整逆?zhèn)€溫襖度范逗圍內(nèi)榮都以蓋均勻黃加寬罰為主自。紅寶虛石和淚Nd獸:Y程AG瓦的譜宵線寬恭度與絮溫度煎關(guān)系墨曲線(a刑)紅株寶石改,6季94懂.3慎2n左m(熱b)莫Nd霞:Y徒AG尾A-峽06