15.Неоднородное уширение и контур линии поглощения

При неоднородном характере уширения форма и ширина спектральных линий отдельных частиц и ансамбля частиц не совпадают. Типичный для неоднородного уширения фактор – эффект Доплера. Для наблюдателя частота излучающих частиц будет зависеть от их скорости υ и направления движения: ν = ν0(1 + υ/с), причем скорость может быть больше или меньше нуля, а частоты больше или меньше ν0 (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Неоднородное уширение спектральных линий

Ансамблю движущихся частиц соответствует пространство скоростей, которое можно описать функцией g(υ). В ансамбле всегда можно выделить группы частиц, имеющих примерно одинаковые скорости в интервале dυ. Каждому интервалу dυ в пространстве скоростей соответствует определенный интервал dν в пространстве частот, описываемом форм-фактором неоднородного уширения g(ν)нд (рис. 1.23, а, б).

Рис. 1.23. Пространства: а – скоростей; б – частот

С учетом энергетических представлений соответствие интервалов может быть записано в виде g(ν)ндdν = g(υ)dυ или g(ν)нд = g(υ)dυ/dν. Из функции Доплера υ = (ν – ν0) с /ν0, что после дифференцирования дает dυ или dυ/dν = с/υ0 и, соответственно, для форм-фактора неоднородно уширенной линии g(ν)нд = g(υ)с/υ0. Предположим, что распределение частиц по скоростям является максвелловским.

16. Насыщение в двухуровневой системе.

НАСЫЩЕНИЯ ЭФФЕКТ - выравнивание населённостей двух уровней энергии квантовой системы (молекулы, атома) под действием резонансного эл.-магн. излучения. При увеличении интенсивности падающего излучения возрастает вероятность индуциров. квантовых переходов с верхнего уровня на нижний (вынужденное испускание) и обратно (поглощение), что приводит к выравниванию населённости этих уровней. Степень насыщения определяется соотношением скоростей индуциров. переходов и релаксац. процессов, ответственных за установление равновесного распределения населённостей по уровням.

Если на среду, представляющую собой набор одинаковых двухуровневых систем с собств. частотами w₂₁, падает монохроматич. эл.-магн. волна с частотой w и интенсивностью I, то разность населённостей нижних и верхних уровней ∆N =N1- N2 описывается выражением ∆N=∆N₀

где ∆N₀- разность населённостей в отсутствие падающего излучения, g - однородная полуширина спектральной линии, I_H - насыщающая интенсивность. В точном резонансе (w =w₂₁) при I = I_н разность населённостей уменьшается вдвое: ∆N = 0,5 ∆N₀. При очень больших интенсивностях падающего излучения (I/I_H→∞) скорость индуциров. переходов намного превышает скорость релаксац. процессов, населённости уровней выравниваются (∆N→0).

Степень насыщения убывает с увеличением отстройки частоты излучения от резонанса. Это приводит к деформации спектральных линий. В случае однородного уширения линия поглощения падающего излучения сохраняет лоренцову форму, однако её ширина увеличивается в раз. Этот эффект наз. полевым уширением или уширением вследствие насыщения.