2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：碰撞加寬（均勻加寬）

碰撞加寬（均勻加寬）碰撞加寬（均勻加寬）1、機(jī)理:由于氣體分子間的碰撞，使發(fā)光粒子提前中斷發(fā)光而引起的譜線加寬。2、線型函數(shù)——洛倫茲型

L:碰撞線寬

L:平均碰撞時(shí)間碰撞加寬的光場模型：二、光學(xué)多普勒效應(yīng)1、定義:當(dāng)光源與接收器間存在相對速度時(shí),接收器測得光頻將發(fā)生變化。2、頻移計(jì)算公式3、碰撞線寬經(jīng)驗(yàn)公式CO2:=0.049MHz/PaHe-Ne:=0.75MHz/Pap:氣體壓強(qiáng)：碰撞系數(shù)接收器光源n0Vz>0Vz<0n光學(xué)多普勒效應(yīng)(1)光源靜止、接收器運(yùn)動(dòng)

:光頻；：接收器測量頻率；:接收器速度。向著光源方向運(yùn)動(dòng)時(shí)取+；離開光源方向運(yùn)動(dòng)時(shí)取-。當(dāng)接收器向著光源運(yùn)動(dòng)時(shí)，有：S

.B(2)接收器靜止、光源運(yùn)動(dòng)

:光源速度。向接收器方向運(yùn)動(dòng)時(shí)取-；遠(yuǎn)離接收器方向運(yùn)動(dòng)取+。......SB

單色光波假想光源發(fā)光粒子感受光波的接收器1、共振速度三、多普勒效應(yīng)在激光器中的應(yīng)用若，原子（發(fā)光粒子）感受到頻率為，當(dāng)時(shí),共振相互作用最大；發(fā)光粒子假想光源n當(dāng)發(fā)光粒子沿z向運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子感受到頻率為，當(dāng)時(shí),共振相互作用最大。（1）定義：光波沿腔軸線傳播時(shí),可引起受激輻射躍遷的發(fā)光粒子的速度變化。（2）計(jì)算：

0:發(fā)光粒子固有中心頻率；s:光波頻率；接收器(發(fā)光粒子)運(yùn)動(dòng),光源靜止。

:發(fā)光粒子運(yùn)動(dòng)方向與光波傳播方向相反；

（接收器向光源運(yùn)動(dòng)）

:發(fā)光粒子運(yùn)動(dòng)方向與光波傳播方向相同。

（接收器遠(yuǎn)離光源運(yùn)動(dòng)）證明：討論①

s

<0,發(fā)生共振的粒子沿光波傳播方向運(yùn)動(dòng)；②

s

>0,發(fā)生共振的粒子反光波傳播方向運(yùn)動(dòng)。發(fā)光粒子

0(接收器)光源

s（2）計(jì)算：

0、0:發(fā)光粒子固有中心頻率及波長。2、表觀中心頻率(表觀中心波長)（1）定義：激光器輸出鏡一側(cè)的接收器所測量到的發(fā)光粒子的頻率或波長。光源(發(fā)光粒子)運(yùn)動(dòng),接收器靜止。

:發(fā)光粒子沿腔軸z的運(yùn)動(dòng)速度,向輸出鏡運(yùn)動(dòng)取+。證明：討論：①發(fā)光粒子向輸出方向運(yùn)動(dòng)時(shí)

0

>

0,0

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0；②發(fā)光粒子反輸出方向運(yùn)動(dòng)時(shí)

0

<

0,0

>

0。發(fā)光粒子(

0)接收器(0)四、多普勒加寬(非均勻加寬)1、機(jī)理：由于氣體分子無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)造成發(fā)光粒子多普勒頻移而引起的譜線加寬。

2、線型函數(shù)——高斯型

D:多普勒線寬；k:玻爾茲曼常數(shù)；m:發(fā)光粒子質(zhì)量；T:溫度。(1)粒子數(shù)按速度分量的分布函數(shù)N:總粒子數(shù)；①定義:②表達(dá)式：③分布曲線：(2)粒子數(shù)按表觀中心頻率

0

的分布