對于一些
光源,例如氣體放電燈和各種
激光器,
光譜顯示出清晰定義的譜線,即具有相當(dāng)大的功率譜密度的窄光譜特征。這些與原子、離子或分子從激發(fā)態(tài)到較低電子能級的躍遷有關(guān)。
光子能量 hν=hc/λ 接近于能級差,因此能級差決定了光譜發(fā)射線的光
波長。
[>+(zlK" 有時(shí),在連續(xù)譜的頂端會觀察到離散的發(fā)射譜線。
,p/iN9+Z 連續(xù)光譜也會出現(xiàn)離散的凹陷,這是由于某些波長的光被吸收造成的。這樣的吸收線通常也與電子躍遷有關(guān),這時(shí)候從較低的能級到較高的能級。如果低能級是電子基態(tài),則為基態(tài)吸收( GSA ),否則為激發(fā)態(tài)吸收( ESA )。例如,在太陽光這樣的吸收線已經(jīng)被觀測到(夫瑯禾費(fèi)線,由約瑟夫·馮·夫瑯禾費(fèi)發(fā)現(xiàn))中,并導(dǎo)致氦被發(fā)現(xiàn)在地球上之前就被發(fā)現(xiàn)。吸收譜線也可以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行研究,例如用寬帶光源和光譜儀或用掃描激光吸收光譜進(jìn)行研究。
IB:Wh;_x 在激光晶體等固態(tài)介質(zhì)中也觀察到類似的吸收和發(fā)射譜線。然而,在這里,由于吸收或發(fā)射物質(zhì)與主體
材料的相互作用,其吸收和發(fā)射特性通常較寬。
wxpE5v+f| 觀測到的吸收和發(fā)射譜線往往是某些物質(zhì)的特征,因此可以作為光譜指紋,例如用于檢測大氣中的環(huán)境污染物。也可以通過它們與吸收系數(shù)的關(guān)系,利用 Beer - Lambert 定律測量濃度(或數(shù)密度)。
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dP 有許多標(biāo)準(zhǔn)譜線經(jīng)常被用作波長參考,例如用于
光學(xué)玻璃的表征。
FLJdnL ~?8B~l^ 譜線的寬度和形狀
J')Dt]/9 DYJ@>8 譜線總是表現(xiàn)出有限的線寬,它可以有不同的來源:
"BZ6G` 1在高氣壓下,碰撞是頻繁的。這導(dǎo)致譜線的碰撞增寬(或壓力增寬)。本質(zhì)上,發(fā)射原子在其輻射過程中經(jīng)常受到碰撞的干擾,因此光學(xué)相位無法在較長時(shí)間內(nèi)連續(xù)演化。
<#JJS}TLk 2由于輻射粒子的熱運(yùn)動,存在多普勒頻移。這導(dǎo)致了所謂的多普勒展寬,其幅度取決于溫度。存在無多普勒光譜學(xué)的方法,其在很大程度上消除了多普勒增寬的影響。
?"\`u; 3即使沒有任何運(yùn)動,也有一個(gè)自然的線寬,它受到上態(tài)壽命的限制(壽命變寬)。
=1fO"|L 4如上所述,由于與主體材料的相互作用,固體中發(fā)射或吸收的原子或離子通常表現(xiàn)出加寬的吸收和發(fā)射譜線。例如,電場會產(chǎn)生明顯的影響。如果不同的原子或離子經(jīng)歷線特征的不同修改,則產(chǎn)生的增寬被稱為不均勻增寬。
*yOpMxE 最小的線寬值(遠(yuǎn)低于1 Hz)可以通過某些禁止躍遷來實(shí)現(xiàn),這種躍遷可以具有非常小的自然線寬,同時(shí)還可以抑制對線寬的各種其他影響。已經(jīng)開發(fā)了用于這種測量的超精密光譜學(xué)方法。光學(xué)時(shí)鐘的光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)也采用極小的線寬。這里,激光的發(fā)射被穩(wěn)定在窄的譜線上,使得激光的線寬甚至遠(yuǎn)低于譜線的寬度。
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