Уширение линии и источники света

Уширение линии и источники света [c.322]

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]

В случаях большой интенсивности лазерного излучения, особенно при импульсном режиме работы лазера, имеют место явления двухфотонного поглощения, состоящие в том, что молекула одновременно поглощает два фотона и переходит в энергетическое состояние, энергия которого равна сумме энергий двух падающих фотонов. Исследование спектров флуоресценции и поглощения подобных систем открывает новые возможности, которые были исключены при использовании обычного источника света. Так, если систему атомов или молекул освещать двумя лазерами, обеспечивающими излучения на частотах Vj и Vg, направленные навстречу друг другу, а частицы при этом перемещаются со скоростью v вдоль линии распространения лучей, то будут наблюдаться новые волны, одна с частотой Va (1 — v ) и другая с частотой (1 + vie). При достаточно высоких интенсивностях лазерных лучей двухфотонное поглощение приведет систему в состояние с энергией /г (vj + Vg) -+ ft (vj — v ) vie. Видно, что доплеровское уширение имеет [c.221]

Уширение спектральных линий, вызываемое межатомными электрическими полями, т. е. межатомный эффект Штарка, наоборот, имеет место почти во всех источниках света и поэтому должно быть принято во внимание. В газовом разряде излучающие атомы претерпевают столкновения с ионами и электронами. При высокой плотности ионов и электронов возмущение уровней будет происходить под влиянием больших электрических полей. Это уширение прямо пропорционально концентрации ионов в степени 2/3. Ширина линии, выраженная в волновых числах, может достигать в отдельных случаях нескольких сотен Необходимость получения интенсивных линий часто приводит к очень большим межатомным полям в источниках и сильно расширенным линиям. Для того чтобы избежать межатомных полей, иногда приходится жертвовать интенсивностью. [c.16]

Уширение спектральных линий, обусловленное столкновениями с нейтральными атомами и молекулами, с ионами и электронами, связано с эффектом давления газа или пара в источниках света. Смещение максимума контура линии под влиянием эффекта давления можно выразить как [c.16]

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]

В начале данной главы мы остановимся на общих причинах уширения линии источника света и укажем некоторые способы уменьшения ошибок, обусловленных таким уширением. Рассмо- [c.321]

Однако все сказанное справедливо лишь для достаточно малых толщин пластины, когда длина пути света в пластине меньше длины когерентности. Например, при работе с изолированными спектральными линиями от обычных источников излучения, когда имеется как ударное, так и доплеровское уширение линии, толщина пластинок обычно должна быть меньше миллиметра. Если используется излучение лазера, то толщина пластинок может составлять сантиметры в зависимости от степени когерентности лазерного излучения. [c.188]

Сборник посвящен исследованию различных элементарных процессов, протекающих в низкотемпературной газоразрядной плазме. В статье изложены результаты исследований уширения спектральных линий низкими давлениями собственного и посторонних газов возбуждения и ионизации при атомно-атомных и атомно-молекулярных столкновениях, происходящих с участием возбужденных, частиц, и т. д. Кроме того, сюда включены статьи о применении метода задержанных совпадений в атомной и молекулярной спектроскопии и о процессах формирования сверхтонкой структуры спектральных линий в газоразрядных источниках света. [c.128]

Рассмотрим теперь источники света, которые могут быть использованы. Раньше для получения приблизительно монохроматического пучка световых лучей обычно применялась ртутная лампа с фильтром, выделявшим линию 4538 А для получения приблизительно параллельного пучка служил обычный коллиматор. Из-за того, что фронт волны не был совершенно плоским, нельзя было точно определить угол рассеяния 0, а следовательно, и Дv улучшение же параллельности пучка приводило к ослаблению его интенсивности, что в конечном счете ограничивало возможности наблюдения явления, так как М — малая величина. В этом состоит главная причина больших расхождений в значениях с, полученных различными авторами. Кроме того, использование классических источников сильно ограничивает информацию, которую можно получить путем измерения ширины линии. Если, например, мы рассмотрим линию ртути 4358 А, то ее естественная ширина, выраженная в волновых числах (6 (1/Х))ест, составляет около 0,2 см" . Следовательно, если мы можем определить бриллюэновское смещение частоты рассеянного света (0,1—1 см ), то измерить уширение линии, вызванное поглощением (0,01—0,05 см ), очевидно, невозможно. [c.160]

Очень распространены газоразрядные лампы, т. е. устройства, в которых оптическое излучение возникает в результате прохождения электрического тока через газы и пары. Различают несколько форм газового разряда тихий, тлеющий, дуговой и искровой. Тихий разряд, для которого характерна малая плотность тока ( 10 А/см ) и слабое свечение, редко используется в интерференционной технике. Тлеющий разряд характеризуется увеличенной плотностью тока ( 10 —10 А/см ) при малом давлении. Электрическое поле, создаваемоей положительным столбом этого разряда, незначительно. Поэтому оно не слишком влияет на уширение спектральных линий. Эти источники света выгодно применять в тех случаях, когда необходимо иметь узкие спектральные линии и возможны большие экспозиции. [c.25]

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]

Можно продолжить перечисление технических трудностей, появляющихся при наблюдении сигнала биений, возникающего при освещении интерферометра уширенной спектральной линией, но они ничего не меняют в принципиальной постановке проблемы. Бесспорно, задав тем или иным способом корреляцию между двумя исследуемыми волнами, можно наблюдать их интерференцию. Если частота о>2 задается равномерным движением зеркала, от которого отражается часть исследуемого излучения, то будет происходить интерференция любой волны с частотой roi, лежащей в пределах контура спектральной линии, с другой волной частоты (02, отличающейся от частоты первой на разностную частоту 2л/. Тогда будет наблюдаться сигнал биений, который позволяет определять сколь угодно малую скорость движения зеркала, так как можно зарегистрировать очень малые изменения интерференционной картины. Та минимальная скорость v, которую еще можно измерить, определится условиями опыта. Е1о, конечно, это будут значения на много порядков меньше, чем те громадные скорости, о которых шла речь ранее. Приведенная выше оценка точности астрономических измерений лучевой скорости по эффекту Доплера (и 1 км/с) соответствует сравнению никак не скоррелированных источников света, которыми являются исследуемая звезда и какой-то земной источник света, излучающий ту же спектральную линию. [c.397]

Эффект Доплера существенно сказывается на структуре спектральных линий источников света. Вообще следует отметить, что во. всех газоразрядных источниках света атомы и ионы газа летят с большими скоростями во всех направлениях. В зависимости от скорости они будут давать разное доплеровское смещение частоты юлучения, в результате чего спектральные линии оказываются расщиренными. Это явление называют доплеровским уширением спектральных линий. [c.220]

УСТОЙЧИВОСТЬ (движения — стабильность какой-либо характеристики движения во все время движения по отношению к малым возмущениям движения в его начале равновесия — малость отклонения механической системы от положения равновесия в моменты времени, последующие за малыми возмущениями равновесия системы системы—свойство системы возвращаться к состоянию равновесия после малых отклонений из этого состояния термодинамическая — устойчивость равновесия термодинамической системы относительно малых вариаций ее термодинамических параметров) УШИРЕНИЕ (доплеровское — увеличение ширины спектральных линий, вызванное движением источника света относительно его наблюдателя спектральных линий — увеличение ширины спектральных линий по отношению к естественной ширине ударное — уширение спектральньгх линий, вызванное взаимодействиями атомов и молекул с окружающими их частицами) [c.291]

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]

Допплера, эффект давления, элементарный эффект Штарка, эффект самопоглощения и т. п.). Трудно даже представить себе излучение спектра монохроматическим источником света таким, чтобы уровни излучающих атомов не были бы возмущены и чтобы эти атомы находились в состоянии покоя относительно наблюдателя. Эти условия выполнимы лищь для идеального, неосуществимого, источника света, в котором давление светящегося газа, температура разряда и, наконец, плотность тока, проходящего через разряд, равны нулю. Таким образом, перед метрологами встала задача найти числовую разницу между действительно воспроизводимой длиной волны и идеальной, чтобы, внеся соответствующую поправку, получить значение естественной константы. Необходимо было удостовериться, что линия не обладает сверхтонкой структурой, подробно изучить зависимость уширения линии от реальных условий возбуждения спектра (так как по величине уширения можно судить о степени добавочного возмущения) и выяснить смещение максимума контура линии в зависимости от давления светящегося газа в источнике, плотности тока и температуры разряда. [c.46]

В гл. 1 мы показали, что процесс, который переводит атомы с уровня 1 на уровень 3 (для трехуровневого лазера см. рис. 1.4, а) или с уровня О на уровень 3 (для четырехуровневого лазера см. рис. 1.4,6), называется накачкой. Накачка осуществляется, как правило, одним из следующих двух способов оптическим или электрическим. При оптической накачке излучение мощного источника света поглощается активной средой и таким образом переводит атомы активной среды на верхний уровень. Этот способ особенно хорошо подходит для твердотельных (например, для рубинового или неодимового) или жидкостных (например, на красителе) лазеров. Механизмы ушире-ния линий в твердых телах и жидкостях приводят к очень значительному уширению спектральных линий, так что обычно мы имеем дело не с накачкой уровней, а с накачкой полос поглощения. Следовательно, эти полосы поглощают заметную долю (обычно широкополосного) света, излучаемого лампой накачки. Электрическая накачка осуществляется посредством достаточно интенсивного электрического разряда, и ее особенно хорошо применять для газовых и полупроводниковых лазеров. В частности, в газовых лазерах из-за того, что у них спектральная ширина линий поглощения невелика, а лампы для накачки дают широкополосное излучение, осуществить оптическую накачку довольно трудно. Замечательным исключением, которое следует отметить, является цезиевый лазер с оптической накачкой, когда пары s возбуждаются лампой, содержащей Не при низком давлении. В данном случае условия для оптической накачки вполне благоприятны, поскольку интенсивная линия излучения Не с 390 нм (достаточно узкая благодаря низкому давлению) совпадает с линиями поглощения s. Фактически этот лазер представляет интерес лишь в историческом плане, как одна из первых предложенных лазерных схем. Кроме того, его реализация на практике является весьма сложной, поскольку пары s, которые для обеспечения достаточного давления газа необходимо поддерживать при температуре 175 °С, представляют собой весьма агрессивную среду. Оптическую накачку весьма эффективно можно было бы использовать для полупроводнико- [c.108]

Ра ядные лампы с полым катодом [38, 117]. Разрядные лампы с полым катодом также относятся к источникам света, использующим тлеющий разряд. Особенность их заключается в изготовлении катода в форме полого цилиндра, внутри которого при определенном токе и давлении концентрируется все отрицательное свечение, поэтому существенно возрастает его яркость. Градиент электрического поля в области отрицательного свечения меньше, чем в положительном столбе тлеющего разряда, благодаря этому эффект Штарка не вызывает заметного уширения спектральных линий. В настоящее время разработан целый ряд удобных конструкций ламп с полым катодом tl6, 38], в которых лампа отпаяна от вакуумной системы. Для ламп с полым катодом характерна стабильность излучения, достаточный срок службы. При подготовке к работе лампа тщательно промывается и с помощью вакуумной системы обезгаживается. После этого лампу подвергают тренировке в аргоне или ксеноне, а затем заполняют газом до нужного давления. [c.62]

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]

Рис. 1.5. Однородный и неоднородный вклады в контур линии. Если неоднородное уширение линии вызвано эффектом Доплера, то эффективная резонансная частота на основании формулы ы21 = ы 2 l(l+v/ ) зависит от компоненты скорости атома в направлении источника света (при поглощении) и в направлении приемника света (при излучении). При максвелловском рас-лределеиии скоростей имеем

Заметное уширение линии может быть вызвано явлением самопоглощения [6], когда излучение поглощается и переизлу-чается много раз перед тем, как выйти из излучающего газа. Поскольку вероятность перехода максимальна для излучения с частотой ([/2—U ) h, такие кванты поглощаются в первую оче-зедь и частично захватываются источником света. Самопогло-щение приводит к уменьшению интенсивности в центре контура линии и, следовательно, к уширению линии. При большой силе осциллятора эффективность пленения излучения достаточна, чтобы вызвать поглощение всего центра линии. Такое самооб-ращение линии приводит к образованию кажущегося спектроскопического дублета. [c.323]

Безэлектродная газоразрядная лампа значительно удобнее трубки Гейслера. Она представляет собой кварцевую трубку, которая после откачки заполняется небольшим количеством исследуемого элемента в смеси с инертным газом (давление последнего равно примерно 1 тор) и заваривается. Разряд поддерживается СВЧ-излучением с частотой 2,5 Ггц от антенны или согласованного объемного резонатора [21]. Для работы безэлект-родной газоразрядной трубки достаточно 1 10 мг вещества. Таким образом, всегда можно получить достаточное количество одного изотопа из Окриджской национальной лаборатории и изготовить подобный источник света без изотопического уширения линии. Безэлектродная газоразрядная лампа (с воздушным охлаждением), содержащая может обеспечить длину коге- [c.327]

D 1.8 была рассмотрена статисти-ческая модель излучения макроскопического источника света, содержащего большое число атомов — независимых элементарных излучателей. Свет такого источника представляет собой хаотическую последовательность отдельных волновых цугов конечной длительности. Когда цуги волн, испускаемые разными атомами в случайные моменты времени, одинаковы, спектральное распределение интенсивности излучения будет таким же, как и у отдельного цуга (однородное уширение спектральной линии). Связь между длительностью т волнового цуга и шириной бы соответствующего ему спектрального распределения обсуж- [c.226]

Причинами уширения спектральных линий могут быть взаимодействия между атомами, ионами и электронами разряда. Это взаимодействие заключается в столкновениях излучаюш,их атомов с посторонними атомами, ионами и электронами, всегда присутствую-ш,ими в большем или меньшем количесте в плазме разряда. Может иметь значение столкновение с собственными же атомами при достаточной их концентрации. В каждом случае для конкретного источника света тот или другой вид столкновений играет главную роль в этом взаимодействии. [c.29]

Эксперименты с М. п., в особенности проведенные методами магнитного и электрич. резонанса (см. Раби метод), дают обширную информацию о свойствах молекул, атомов и ядер. Из этих экспериментов были получены сведения о спинах ядер, магнитных и электрич. моментах атомов и молекул, о взаимодействиях ядер в свободных молеку,лах и др. В частности, методом атомных и М. п. были исследованы лэмбовский радиационный сдвиг метастабн,льного уровня атома водорода и аномальный магнитный момент электрона. В оптике применение узконаправленных М. п. в качестве источников света позволяет практически исключить доплеровское уширение спектральных линий. Это достигается наблюдением испускаемого оптич.спектра в перпендикулярном направлении к движению М. Н. В спектроскопии М. п. позволили исследовать сверхтонкую структуру спектров, обусловленную такими эффектами, как электрическое квадрупольное и магнитное октупольное взаимодействия ядра с поле.м ато.мов или молекул, и ряд др. тонких взаимодействий. [c.288]

Проявление фононной подсистемы рассматривалось выше только как фактор, определяющий уширение спектральных полос электронных переходов, или как источник линий фононных повторений электронных переходов, сопровождаемых поглощением или рождением оптич. фононов. Если при возбуждении фононов наводится дипольный момент, то эти колебания проявляются в спектрах ИК-поглощеняя (оптич. ветви). Колебания, меняющие поляризуемость, проявляются в спектрах комбинац. рассеяния. В кристаллах, обладающих центром инверсии, существует т. н. альтернативный запрет — одно и то же колебание может проявиться либо в ИК-спектре, либо в спектре комбинац. рассеяния света. По законам сохранения энергии и импульса в спектре поглощения проявляется не вся ветвь оптич. колебаний решётки, а узкий интервал вблизи критич. частоты. Если при поглощении света рождается один оптич. фонон, то частоты ИК-полос лежат в далёкой ИК-области. В молекулярных кристаллах частоты колебаний соответствуют внутримолекулярным колебаниям и имеют частоты от - 3500 см и ниже, т. е. полосы поглощения расположены в области от 2,7 мкм я ниже. Кроме того, имеются более слабые полосы, соответствующие возбуждению двух или более фононов или возбуждению неск. фононов одной частоты, полосы поглощения к-рых лежат в ближней ИК-области. [c.628]

Конечно, рассмотренный пример, в котором все волновые цуги одинаковы, дает лишь идеализированное представление об излучении реальных источников. Тепловое движение излучающих ато.мов приводит вследствие эффекта Доплера к различию средних частот, сопоставляемых отдельным цугам. Во. многих случаях такое неоднородное уширение определяет форму и ширину спектральных линий. Поэтому нельзя ожидать, что для излучения реальных источников квазимонохро.матического света понятие длины когерентности. можно столь просто и наглядно трактовать в буквальном смысле как протяженность волновых цугов. Однако для любого излучения, занимающего спектральный диапазон Ьк, длину когерентности [c.227]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...