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激光物理基礎:自然加寬和碰撞加寬

作者:東譜科技(廣州)有限責任公司 瀏覽: 發表時間:2018-12-26 10:00:00 來源:光電資訊

自然加寬:

在不受外界影響時,受激原子並非永遠處於激發態, 它們會自發地向低能態躍遷, 因而受激原子在激發態上具有有限的壽命。這一因素造成了原子躍遷譜線的自然加寬, 自然加寬屬於均勻加寬。自然加寬線型函數可以在輻射的經典理論基礎上簡單而直觀地求得。根據經典模型,原子中做簡諧振動的電 子由於自發輻射而不斷損耗能量, 自發輻射場為E ( t ) =





碰撞加寬:

原子 (分子)之間的無規“碰撞”是引起譜線加寬的另一重要原因。碰撞可以是各種各樣的。若激發態原子與基態原子發生彈性碰撞,它們之間交換角色, 其結果是使激發態原子發出的自發輻射波列產生無規的相位突變。激發態原子也可以與其他原子或器壁發生非彈性碰 撞,將自身能量變為其他原子動能, 或給予器壁自己返回基態。這些碰撞過程的結果, 都可等效於激發態原子壽命的縮短,從而使原子譜線加寬。 

假設兩次碰撞之間的平均時間為 τc , 兩次碰撞之間的平均時間為 τ的幾率

其中, P 為氣體總氣壓(單位: Pa) ;α為實驗所測得的比例系數 ( 單位: kHz/ Pa )。例如, 對 CO2 氣體,α= 49 kHz/ Pa; 對於 H 3 e∶N 20 e 混合氣體 (7∶1 ) ,測得 N 20 e 的 α= 720 kHz/ Pa。

氣體工作物質的均勻加寬包括自然加寬和碰撞加寬,考慮兩種加寬同時存在時, 線型函數可表示為

(3 .2 .16)

對於大多數氣體激光器,碰撞加寬寬度遠大於自然加寬寬度。隻有氣壓極低時, 自然加寬才是主要的加寬機製。




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