光谱线 | RP 系列激光分析设计软件

本文摘要：（由ai生成）

这篇文档主要介绍了光谱的谱线特征，包括谱线的宽度和形状。谱线的宽度主要由碰撞增宽、多普勒增宽、自然线宽和非均匀增宽等因素决定。谱线的形状通常与主导的谱线增宽机制有关，例如洛伦兹线和高斯线。文档还介绍了谱线的一些应用，例如用于检测环境污染物和光学玻璃的表征。

对于一些光源，例如气体放电灯和各种激光器，光谱显示出清晰定义的谱线，即具有相当大的功率谱密度的窄光谱特征。这些与原子、离子或分子从激发态到较低电子能级的跃迁有关。光子能量 hν=hc/λ 接近于能级差，因此能级差决定了光谱发射线的光波长。

有时，在连续谱的顶端会观察到离散的发射谱线。

连续光谱也会出现离散的凹陷，这是由于某些波长的光被吸收造成的。这样的吸收线通常也与电子跃迁有关，这时候从较低的能级到较高的能级。如果低能级是电子基态，则为基态吸收( GSA )，否则为激发态吸收( ESA )。例如，在太阳光这样的吸收线已经被观测到(夫琅禾费线,由约瑟夫·冯·夫琅禾费发现)中，并导致氦被发现在地球上之前就被发现。吸收谱线也可以在实验室中进行研究，例如用宽带光源和光谱仪或用扫描激光吸收光谱进行研究。

在激光晶体等固态介质中也观察到类似的吸收和发射谱线。然而，在这里，由于吸收或发射物质与主体材料的相互作用，其吸收和发射特性通常较宽。

观测到的吸收和发射谱线往往是某些物质的特征，因此可以作为光谱指纹，例如用于检测大气中的环境污染物。也可以通过它们与吸收系数的关系，利用 Beer - Lambert 定律测量浓度(或数密度)。

有许多标准谱线经常被用作波长参考，例如用于光学玻璃的表征。

谱线总是表现出有限的线宽，它可以有不同的来源:

由于辐射粒子的热运动，存在多普勒频移。这导致了所谓的多普勒展宽，其幅度取决于温度。存在无多普勒光谱学的方法，其在很大程度上消除了多普勒增宽的影响。

即使没有任何运动，也有一个自然的线宽，它受到上态寿命的限制（寿命变宽）。

如上所述，由于与主体材料的相互作用，固体中发射或吸收的原子或离子通常表现出加宽的吸收和发射谱线。例如，电场会产生明显的影响。如果不同的原子或离子经历线特征的不同修改，则产生的增宽被称为不均匀增宽。

最小的线宽值（远低于1 Hz）可以通过某些禁止跃迁来实现，这种跃迁可以具有非常小的自然线宽，同时还可以抑制对线宽的各种其他影响。已经开发了用于这种测量的超精密光谱学方法。光学时钟的光学频率标准也采用极小的线宽。这里，激光的发射被稳定在窄的谱线上，使得激光的线宽甚至远低于谱线的宽度。

线型，即光谱的形状，通常与主导的谱线增宽机制有关。例如，当寿命展宽占主导地位时，经常观察到洛伦兹线，而多普勒展宽导致高斯线形状。

某些谱线的窄带光通常被认为是准单色光。