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。 AE&IN.-
有時,在連續(xù)譜的頂端會觀察到離散的發(fā)射譜線。 s(M8 Y
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(夫瑯禾費線,由約瑟夫·馮·夫瑯禾費發(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驗室中進行研究,例如用寬帶光源和光譜儀或用掃描激光吸收光譜進行研究。 Wf:I
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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。 J(%kcueb
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)。 $K*&Wdo
有許多標(biāo)準(zhǔn)譜線經(jīng)常被用作波長參考,例如用于光學(xué)玻璃的表征。 t"]~e"
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譜線的寬度和形狀 mdPEF)-
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譜線總是表現(xiàn)出有限的線寬,它可以有不同的來源: ]BBL=$*
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)相位無法在較長時間內(nèi)連續(xù)演化。 :{KoZd
2由于輻射粒子的熱運動,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。 5b-: e? |
3即使沒有任何運動,也有一個自然的線寬,它受到上態(tài)壽命的限制(壽命變寬)。 tO]`
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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。 Hm55R
最小的線寬值(遠低于1 Hz)可以通過某些禁止躍遷來實現(xiàn),這種躍遷可以具有非常小的自然線寬,同時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低于譜線的寬度。 Rjz~n38.
線型,即光譜的形狀,通常與主導(dǎo)的譜線增寬機制有關(guān)。例如,當(dāng)壽命展寬占主導(dǎo)地位時,經(jīng)常觀察到洛倫茲線,而多普勒展寬導(dǎo)致高斯線形狀。 d}RR!i`<N
某些譜線的窄帶光通常被認為是準(zhǔn)單色光。