Однородное уширение - Homogeneous broadening

Однородное уширение - это тип уширения спектра излучения, при котором все атомы, излучающие с определенного рассматриваемого уровня, излучают с равными возможностями. Если оптический излучатель (например, атом) демонстрирует однородное уширение, его спектральная ширина линии является его естественной шириной линии с лоренцевым профилем .

Расширение лазерных систем

Расширение в лазерной физике - это физическое явление, которое влияет на спектроскопическую форму линии профиля лазерного излучения. Лазерное излучение происходит из-за (возбуждения и последующего) релаксации квантовой системы (атома, молекулы, иона и т. Д.) Между возбужденным состоянием (более высоким по энергии) и более низким. Эти состояния можно рассматривать как собственные состояния оператора энергии. Разница в энергии между этими состояниями пропорциональна частоте / длине волны испускаемого фотона. Поскольку эта разность энергий имеет флуктуацию, тогда частота / длина волны «макроскопического излучения» (луча) будет иметь определенную ширину (т.е. он будет «расширен» по сравнению с «идеальным» идеально монохроматическим излучением).

В зависимости от характера колебания может быть два типа уширения. Если флуктуация частоты / длины волны происходит из-за явления, которое одинаково для каждого квантового излучателя, происходит однородное уширение, тогда как если каждый квантовый излучатель имеет различный тип флуктуации, уширение неоднородно .

Примерами ситуаций, в которых флуктуация одинакова для каждой системы (однородное уширение), являются естественное уширение или уширение за весь срок службы , а также уширение вследствие столкновений или уширение под давлением . В этих случаях на каждую систему "в среднем" воздействуют одинаково (например, столкновения из-за давления).

Наиболее частая ситуация в твердотельных системах, где флуктуация различна для каждой системы ( неоднородное уширение ), - это когда из-за присутствия примесей локальное электрическое поле различно для каждого эмиттера, и поэтому эффект Штарка изменяет уровни энергии в неоднородный способ. Однородно уширенная эмиссионная линия будет иметь лоренцевский профиль (т.е. будет наилучшим образом соответствовать лоренцевой функции), в то время как неоднородно уширенная эмиссионная линия будет иметь гауссов профиль . Одно или несколько явлений могут присутствовать одновременно, но если флуктуация у одного из них более широкая, то именно оно будет отвечать за характер уширения.

Эти эффекты не ограничиваются лазерными системами или даже оптической спектроскопией. Они также актуальны в магнитном резонансе , где частотный диапазон находится в радиочастотной области для ЯМР , и можно также сослаться на эти эффекты в ЭПР, где форма линии наблюдается на фиксированной ( микроволновой ) частоте и в диапазоне магнитного поля .

Полупроводники

В полупроводниках , если все колебания имеют одинаковую собственную частоту и уширение мнимой части диэлектрической функции происходит только из-за конечного затухания , система называется однородно расширенной и имеет лоренцевский профиль . Однако, если система содержит много осцилляторов с немного разными частотами , то система неоднородно расширяется .

Смотрите также

Рекомендации