Однородное уширение

Гомогенное уширение — это тип расширения спектра излучения , при котором все атомы, излучающие с определенного рассматриваемого уровня, излучают с равными возможностями. ^[1] Если оптический излучатель (например, атом) демонстрирует однородное уширение, его спектральная ширина линии является естественной шириной линии с лоренцевым профилем .

Расширение в лазерных системах

Уширение в лазерной физике — физическое явление, влияющее на форму спектроскопической линии профиля лазерного излучения. Лазерное излучение возникает в результате релаксации (возбуждения и последующей) 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, то частота/длина волны «макроскопического излучения» (луча) будет иметь определенную ширину (т.е. будет «уширена» по отношению к «идеальному» идеально монохроматическому излучению).

В зависимости от характера колебания могут быть два типа уширения. Если флуктуация частоты/длины волны вызвана явлением, одинаковым для каждого квантового излучателя, происходит однородное уширение, а если каждый квантовый эмиттер имеет разный тип флуктуации, то уширение неоднородно .

Примерами ситуаций, когда флуктуация одинакова для каждой системы (однородное уширение), являются естественное расширение или расширение за время жизни , а также столкновительное расширение или расширение под давлением . В этих случаях на каждую систему воздействуют «в среднем» одинаково (например, столкновения из-за давления).

Наиболее частая ситуация в твердотельных системах, когда 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. Однородная расширенная линия излучения будет иметь лоренцев профиль (т.е. будет лучше всего соответствовать функции Лоренца), тогда как неоднородно уширенная линия излучения будет иметь гауссов профиль . Одновременно могут присутствовать одно или несколько явлений, но если одно из них имеет более широкое колебание, то именно оно будет отвечать за характер расширения.

Эти эффекты не ограничиваются лазерными системами или даже оптической спектроскопией. Они актуальны и для магнитного резонанса , где диапазон частот находится в радиочастотной области для ЯМР , и к этим эффектам можно также отнести и ЭПР, где форма линии наблюдается на фиксированной ( микроволновой ) частоте и в диапазоне магнитного поля .

Полупроводники

В полупроводниках , если все колебания имеют одинаковую собственную частоту $\omega _{0}$ и уширение мнимой части диэлектрической функции $\varepsilon _{2}(\omega )$ возникает только в результате конечного затухания $\gamma$ , система называется однородно уширенной , и $\varepsilon _{2}(\omega )$ имеет лоренцев профиль . Если система содержит множество генераторов с несколько разными частотами примерно $\omega _{0}$ однако тогда система неоднородно уширяется . ^[2]

См. также

Ссылки

^ Басс, Майкл; Вирендра Н. Махаджан; Эрик Ван Страйленд (2009). Справочник по оптике: проектирование, изготовление и тестирование; Источники и детекторы; Радиометрия и фотометрия . МакГроу Хилл Профессионал. п. 16.5. ISBN 978-0-07-149890-6 .
^ Клингширн, Клаус Ф. (6 июля 2012 г.). Полупроводниковая оптика (4-е изд.). Бег. стр. 88. ISBN 978-364228362-8 .

[Bass-1] Басс, Майкл; Вирендра Н. Махаджан; Эрик Ван Страйленд (2009). Справочник по оптике: проектирование, изготовление и тестирование; Источники и детекторы; Радиометрия и фотометрия . МакГроу Хилл Профессионал. п. 16.5. ISBN 978-0-07-149890-6 .

[2] Клингширн, Клаус Ф. (6 июля 2012 г.). Полупроводниковая оптика (4-е изд.). Бег. стр. 88. ISBN 978-364228362-8 .

[1]

[2]