Уширение спектральных линий допплеровское

Наконец, следует упомянуть, что во всех газовых источниках света мы всегда имеем дело со светящимися атомами газа, летящими с довольно большими скоростями по всем направлениям (скорости от 100 м/с до 2 км/с в зависимости от молекулярного веса газа и его температуры). Вследствие допплеровского смещения спектральные линии оказываются расширенными. При значительном разрежении газа, когда столкновения между светящимися атомами и окружающими частицами сравнительно редки, явление Допплера служит главной причиной, определяющей ширину спектральной линии. Наблюдение уширения спектральных линий в указанных условиях также является подтверждением эффекта Допплера. Удалось установить, например, что при охлаждении такого источника жидким воздухом ширина линий уменьшалась соответственно уменьшению средних молекулярных скоростей. [c.440]

Рассмотренные процессы испускания электромагнитной энергии относятся к неподвижным и отдельно взятым атомам и молекулам. Если же рассматривать совокупность движущихся и взаимодействующих ме.ж-ду собой частиц, из которых состоит реальное вещество, то спектр их излучения будет иным по сравнению со спектром отдельной неподвижной частицы. Прежде всего за счет эффекта Допплера тепловое движение излучающих атомов, молекул, ионов приводит к изменению частоты излучения частицы относительно неподвижной системы координат. Это в свою очередь приводит к так называемому допплеровскому уширению спектральных линий. К уширению линий приводит также столкновение частиц между собой, вызывающее сокращение времени жизни возбужденного состояния и возмущение или смещение уровней. Оба фактора (эффект Допплера и взаимодействие частиц между собой) проявляются тем сильнее, чем выше температура и давление вещества. Таким образом, спектры излучения зависят как от химической природы излучающих веществ (определяющей структуру атомов и молекул), так и от термодинамических параметров (температуры и давления), при которых данное вещество находится. [c.26]

Кроме допплеровского уширения спектральных линий, не менее важным является уширение, связанное со взаимодействием излучающего атома с соседними атомами. Термы излучающих атомов подвергаются возмущениям со стороны силовых полей соседних атомов и молекул, когда находятся слишком близко от них. Это уширение спектральных линий зависит от температуры, плотности и природы светящегося газа. Его часто называют уширением, обусловленным столкновениями, причем значение его прямо пропорционально давлению газа. Возможны столкновения атома как с подобными излучающему, так и с иными атомами. В отличие от допплеровского, уширение, обусловленное столкновениями, вносит асимметрию в контур линии и вызывает смещение максимума интенсивности по шкале частот. [c.15]

Определение температуры по допплеровскому уширению спектральных линий [c.421]

Сверхтонкая структура и эффект изотопического сдвига также часто могут приводить к уширению спектральной линии. Такие эффекты вызываются электрическим и магнитным взаимодействиями ядер с окружающими их электронными оболочками. В случае магнитно-дипольного взаимодействия вырождение одиночных энергетических уровней снимается, уровень расщепляется на ряд уровней, общее число которых зависит от суммарного момента количества движения системы. Если это расщепление меньше допплеровской ширины или такого же порядка, то структура остается неразрешенной и излучение системы уровней выглядит как симметрично уширенная линия. Кроме того, электростатическое взаимодействие зависит от радиуса заряженного ядра. Так как этот параметр различен для каждого изотопа одного и того же элемента, испускаемое излучение будет представлять собой комбинацию излучений каждого изотопа. Излучение будет немного сдвинуто по частоте и даст уширенную неразрешенную линию. Уширение, типичное для таких эффектов, составляет величину порядка 0,1 см . Эффекты изотопического [c.323]

Ширина полосы газового лазерного усилителя равна ширине неоднородно уширенной спектральной линии [14]. В газах оптические линии обладают допплеровским уширением, которое велико по сравнению с естественной шириной линии [15]. Форма линии приблизительно гауссова с шириной на уровне половинной мощности [c.458]

Источник света с Кг можно охлаждать до температуры тройной точки азота и даже ниже. При таких условиях ширина линий Кг оказалась значительно меньше, чем линий Hg и d, хотя они и тяжелее Кг. Ртуть хорошо светится лишь при 10- -15° С при более низкой температуре спектр ртути теряет свою яркость и свечение прекращается, упругость паров перестает быть достаточной для возбуждения спектра. Кадмий светится при еш е более высокой температуре. Для кадмиевых источников света упругость d достаточна для возбуждения спектра лишь при 270—290° С. По теоретическим подсчетам наименьшей шириной линий обладает Кг наибольшей — d. Однако ширина линий связана и с методом возбуждения спектра. Наблюдение свечения при низких температурах — это только один из методов уменьшения влияния допплеровского уширения. Для тех веществ, у которых упругость пара чрезвычайно мала при низких температурах, есть и другие методы. При описании конструкций источников света этот вопрос будет подробно освещен. Здесь же можно сделать заключение, что ширина спектральной линии не является решающим фактором при выборе ее в качестве первичной эталонной длины волны. Гораздо важнее вопрос симметрии, а также значение расхождения между теоретически вычисленной для данных условий и экспериментально полученной шириной спектральных линий. [c.47]

Гауссовский СК спектральных линий реализуется, когда уширение обусловлено эффектом Допплера. Допплеровский контур спектральной линии описывается формулой [c.62]

Прежде всего упомянем об естественной селекции продольных мод за счет конечной ширины спектральной линии активного материала. В случае гелий-неонового лазера спектральная линия имеет максимум на длине волны X = 0,6328 мкм и частоте V = 4,7-10 Гц и естественную ширину линии спонтанного излучения A5V = 1,6-10 Гц (допплеровское уширение). При длине резонатора L = 100 см, т. е. расстояниях между продольными колебательными типами A v = 1,5 10 Гц, в пределах естественной ширины спектральной линии уложится А / 10 продольных ко- [c.134]

В классической спектроскопии минимальная достижимая ширина линии определяется эффектом Допплера. При исследовании сверхтонкой структуры спектральных линий, чтобы уменьшить штарковское уширение, пользуются методом полого катода 35, 36]. При этом давление поддерживают достаточно низким, для того чтобы можно было пренебречь уширением за счет давления. Минимум допплеровского уширения достигается в разряде с полым катодом при охлаждении жидким азотом или жидким гелием. Некоторая доля электрической мощности неизбежно рассеивается на катоде. Это приводит к тому, что ширина линии в диапазоне 0,5 мк равна 10" см и более даже для самых тяжелых элементов. [c.329]

Величина АЯо соответствует смещению максимума излучения в длинах волн в случае, если бы все атомы двигались со скоростью щ. При наличии распределения атомов по скоростям будет иметь место симметричное уширение контура линии, так как тепловое движение атомов в разряде беспорядочно. На рис. 3.1 представлен допплеровский контур, соответствующий выражению (3.5). Здесь по оси ординат отложена величина с /, отнесенная к единице спектрального интервала Я. Для центра линии АЯ = О из (3.5) получим (II = [c.28]

Максимальная интенсивность полностью разрешенной спектральной линии с допплеровским уширением пропорциональна З где V—частота [16]. [c.344]

Ширина дискретной спектральной линии зависит, в частности, от распределения по скоростям движения излучающих частиц. Это вызывает допплеровское уширение линии. Полуширина линии Яд выражается через температуру газа Т (°К), волновое число испускаемого излучения v и молекулярный вес М следующим образом [c.362]

Имеется печь, содержащая газ при высокой температуре. Через маленькое окошко в печи с помощью спектрометра наблюдают спектральные линии молекул газа. Наблюдаемые спектральные линии уширены (допплеровское уширение). Показать, что соотношение между интенсивностью спектральной линии I и длиной волны % имеет следующий вид [c.72]

Вследствие хаотичности теплового движения излучающих атомов эффект Допплера выразится добавочным возмущением уровней, которое и приведет к уширению спектральной линии. Оно обычно носит симметричный характер, превращая узкий контур естественной ширины в колоколообразную широкую кривую. Опыт и теоретические рассуждения показывают, что допплеровское уширение Av пропорционально1 / - , где Г — температура [c.15]

Атомные пучки. Источники света с атомными пучками дают возможность наблюдать исключительно узкие спектральные линии. В таких источниках светится пучок атомов, движущийся направленно в высоком вакууме [61, 117]. Преимущество атомных пучков заключается в практическом устранении допплеровского уширения линий. Это достигается тем, что наблюдение ведется в направлении, перпендикулярном к на11равленшо движения атомов. Другие Виды уширения спектральных линий в атомных пучках весьма малы и практически не оказывают влияния на ширинуспектральных линий. [c.64]

Естественное затухание свечения изолированных атомов и соответствующее ему уширение спектральных линий на опыте исследовалось В. Вином в 1919—1927 гг. В его опытах каналовые лучщ состоявшие из светящихся атомов, проходили через узкое отверстие (0,1 х 3 мм ) в пространство, где с помощью мощных насосов поддерживался высокий вакуум (< 0,001 мм рт. ст.). В этом пространстве атомы двигались без столкновений, но их свечение постепенно затухало по мере удаления от входного отверстия. По затуханию свечения можно было оценить время естественного затухания. Для этого надо было знать среднюю скорость движения атомов каналовых лучей. Она измерялась по допплеровскому смещению спектральных линий при наблюдении вдоль направления каналовых лучей и оказалась порядка 5-10 см/с (для атомов водорода). Из своих опытов Вин нашел для времени затухания X около 10 с. Эта величина несколько менялась от одного вещества к другому и от одной спектральной линии к другой. Полученные результаты совпадали с предсказаниями теории, но только по порядку величины, а простая зависимость (89.4) времени затухания от длины волны (т Х ) не подтвердилась. Впрочем, полного количественного согласия и нельзя была.ожидать от простой классической теории, основанной на модели гармонического осциллятора. [c.547]

Схема установки ААА включает независимым источник излучения света с частотой v, равной частоте аыа-литич, линии определяемого элемента атомизатор, преобразующий пробу в атомарный пар спектрофотометр. Свет, прошедший сквозь атомный пар, систе.чой линз направляется на входную щель спектрофотометра, интенсивность аналитич. спектральной линии / и на выходе регистрируется фогоэлектрич. методом. Поскольку естественная ширина спектральной линии постоянна, зависит только от времени жизни возбуждённого состояния и обычно пренебрежимо мала, разница контуров линии испускания и поглощения определяется в осн. допплеровским Av и лоренцеяским Av уширения.ии [c.618]

Практическая реализация этого метода измерения температур пламени сопровождается часто значительными трудностями, обусловленными тем, что наблюдаемый контур спектральной линии вызван не только допплеровским ушир ением, но и так называемым лоренцов-ским уширением. Последнее появляется вследствие столкновения молекул газа между собой и зависит от плотности газа и эффективных сечений молекул. При нормальном атмосферном давлении и не слишком высоких температурах лоренцовское уширение оказывается значительно больше допплеровского. Только при давлениях 0,01 атм и ниже можно наблюдать достаточно чистый допплеровский контур. [c.421]

По форме контура спектральной линии находят отношение лорен-цовского и допплеровского уширений. Зная это отношение и измеряемую полуширину спектральной линии, определяют полуширину линии, обусловленную чисто допплеровским уширением, а по формуле (12.7) — температуру газа. Наиболее удобная аппаратура для осуществления этого метода основана на применении эталона Фабри — Перо. [c.421]

Основной сферой Применения многолучевых интерферометров Фабри-Перо является спектроскопия высокой разрешающей силы [61, 117, НО]. Свойство Интерферометра разрешать очень близко расположенные друг к другу линии источника позволяет успешно исследовать сверхтонкую структуру спектральных линий, обусловленную наличием у атомного ядра механического и магнитного моментов, свойства атомного ядра по изотопическому сдвигу спектральньгх линий, вызванному движенйем ядра и электрона вокруг общего центра тяжести, влияние внешних электрических полей на тонкую структуру линии и т. д. Наряду с этим интерференционные спектроскопы Фабри-Перо широко применяются для определения температуры в плазме, пламенах, газах, для измерения скорости течений по допплеровскому уширению, для изучения спектров поглощения и т. д. [c.5]

К сожалению, спектральные линии уширяются также вследствие других причин (столкновения, внутренний штарк-эффект и т. п.). Поэтому Б тех случаях, когда для измерения температуры используется допплеровское уширение, следует прежде всего тщательно выяснить, не присутствуют ли одновременно другие факторы, вызывающие уширение. Для большинства источников света, к сожалению, установлено, что уширение линий благодаря другим причинам совершенно затемняет допплеровское уширение, что делает невозможным измерение температуры с помощью эффекта Допплера. [c.300]

При достаточно низком давлении ширина спектральной линии (если исключить тонкую и сверхтонкую структуру) преимущественно определяется допплеровским уширением и прямое измерение полуширины линии приводит к определению температуры. Однако это весьма трудные измерения, так как при этом необходима аппаратура высокой разрешающей силы. Например, линия ОН, соответствующая v = 31,727 м (3151 А), при температуре газа 2000° К должна была бы иметь полуширину 0,246 С.М (0,0244 А). Чтобы определить температурз с точностью до 1% (20°С), полуширина должна быть измерена [c.362]

Достижение предела спектрального разрешения, определя-елюго уже не инструментальной шириной монохроматора, а естественным уширением линий исследуемого вещества. Это особенно существенно для спектроскопии газов в инфракрасной области, где только на уникальных установках удавалось достичь спектрального разрешения порядка 0,01 см (фурье-спектрометры), тогда как с лазером, благодаря его высокой монохроматичности эта величина может быть порядка 10 см что примерно в 100 раз меньше допплеровской ширины спектральных линий. Кроме этого, с помощью специальных методов нелинейной лазерной спектроскопии [22], основанных, например, на явлении насыщения поглощения (уменьшение уровня поглощения при высоких интенсивностях излучения), стало возможным изучать тонкую структуру спектральных линий, скрытую для обычных линейных методов допплеровским уширением. [c.438]

На рис. 33 дана также и огибающая частотного спектра. Мы уже отмечали раньше, что излучение лазерами монохроматического света происходит лишь благодаря переходу атомов из метастабильного состояния в основное. Однако даже при таком переходе между двумя уровнями мы не получаем строго монохроматического света. На опыте мы всегда обнаруживаем, что спектральная линия имеет ширину. Происходит это по двум причинам. Во-первых, существует так называемое допплеровское уширение линии и, во-вторых, — релаксационное уширение. Оба эти эффекта по сути дела являются следствиями беспорядочного движения излучающих атомов. Таким образом, хотя переход атомов происходит только между двумя энергетическими уровнями и каждому переходу соответствует чрезвычайно узкая спектральная линия, тем не менее суммарная спектральная линия, которую мы видим, имеет значительный разброс по частоте. Обычно эта ширина (разброс по частоте) называется естесгвеппой шириной линии. [c.54]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...