2. Ширина спектральной линии излучения квантовых приборов. Виды уширения спектральной линии.

Спектральная линия (резонансная частота перехода) – частота, на которой излучается (поглощается) максимальная доля энергии излучения (поглощения)

(2.19)

Каждая спектральная линия n₀ имеет следующие характеристики (рис.2.3):

- ширина спектральной линии Dn - интервал частот, в пределах которого энергия излучения (поглощения) убывает в два (или e) раза по сравнению с максимальным значением на резонансной частоте перехода n₀;

- форма спектральной линии g(n) – уравнение, описывающее распределение энергии излучения (поглощения) по частотам, присущим данной спектральной линии.

Различают два вида уширения спектральной линии:

- однородное уширение, когда линия перехода каждой отдельной микрочастицы и, следовательно, всей системы уширяется в одинаковой степени;

- неоднородное уширение, когда уширение происходит таким образом, что резонансные частоты отдельных микрочастиц распределяются в некоторой полосе частот и линия всей системы оказывается уширенной при отсутствии уширения линии отдельных микрочастиц.

Рис. 2.3

Однородное естественное уширение линии, связанное с конечной шириной энергетических уровней и присутствием спонтанных переходов во всех веществах, имеет следующие характеристики:

Þ ширина спектральной линии

(2.20)

Þ форма линии (лоренцевая функция)

(2.21)

Однородное столкновительное уширение линии, проявляется в газах при столкновениях микрочастиц между собой или стенками резервуара, а так же при взаимодействии атомов с фононами кристаллической решетки, имеет следующие характеристики:

Þ ширина спектральной линии

(2.22)

где t_c - время между столкновениями микрочастиц;

Þ форма линии (лоренцевая функция)

(2.23)

Неоднородное доплеровское уширение линии, связанное с движением микрочастиц, находящихся в газообразном состоянии и влиянием примесных ионов в твердых веществах, имеет следующие характеристики:

Þ ширина спектральной линии

(2.24)

где m - масса атома;

Þ форма линии (гауссова функция)

(2.25)