logo
Лекции_НМ_СП

Ширина спектральных линий

До сих пор при описании спектра элемента мы использовали упрощенное представление о том, что энергия каждого уровня стро­го постоянна и поэтому переходу атома между двумя уровнями Ет и Еп соответ­ствует монохроматическая линия. В дей­ствительности все уровни несколько «размыты» — уширены. Энергия каждо­го уровня равна Е±∆Е, где ∆E — от­клонение энергии от среднего наиболее вероятного значения E. По­этому переходу между двумя уровнями будут отвечать кванты, не­сколько отличающиеся по частоте. Спектральные линии оказыва­ются уширенными. Каждая линия в сущности представляет собой набор нескольких линий близкой длины волны λ±∆λ. Здесь λ — длина волны центральной части линии; ∆λ — отклонение длины волны от λ.

Максимум интенсивности линии приходится на центральную длину волны, к крайним длинам волн интенсивность линии падает.

Рис. 20. Ширина и форма спектральной линии:

1—в отсутствие самопоглощения; 2 — при наличии самопоглощения

Интервал длин волн, измеренный на высоте, равной половине интенсивности, принято называть полушириной линии (иногда ее называют шириной) . На рис. 20, а полуширине линии соответству­ет интервал λ2– λ1

Уширение линий в реальных источниках света вызвано несколь­кими причинами. Например, тем, что излучающие атомы движутся в плазме с различными скоростями. А как известно, наблюдаемая длина волны меняется в зависимости от относительного движения получения и наблюдателя (эффект Доплера).

Уровни атома «размываются» под влиянием электрических и магнитных полей хаотически движущихся в плазме ионов и элект­ронов; при соударениях между атомами; вследствие неоднородного изотопического состава элемента в пробе.

Если предположить, что излучающий атом не движется и не взаимодействует с другими частицами и на него не оказывают влия­ние электрические и магнитные поля, то в этом идеальном случае линия была бы минимальной ширины, которую называют есте­ственной шириной. Естественная полуширина линий ма­ла — порядка 10–4–10–5 нм. В большинстве реальных источников линии значительно шире, их ширина может достигать сотых и даже десятых долей нанометра. В лазерных источниках полуширина ли­ний близка к естественной.