контур спектральной линии

КОНТУР СПЕКТРАЛЬНОЙ ЛИНИИ (профиль спектральной линии) - спектральное распределение интенсивности излучения или поглощения в спектральной линии. Спектральные линии в дискретных спектрах испускания или поглощения не являются строго моно-хроматичными. Действие разл. механизмов уширения спектральных линий приводит к образованию нек-рого спектрального распределения интенсивности вблизи частоты (w₀ квантового перехода в атоме или молекуле. Величина , где частоты и определяются условием [I_макс () - максимальное значение интенсивности], наз. шириной спектральной линии. Выделяют центр. часть К. с. л., соответствующую , и крылья спектральной линии, где

Рис. 1. Нормированные на единицу гауссов (1) и лоренцевский (2) К. с. л. с одинаковыми ширинами dw.

К. с. л. определяется механизмом уширения (рис. 1). При ударном и радиационном уширениях получается лоренцевский К. с. л., для к-рого распределение интенсивности g(w), нормированное на единицу , имеет вид

где = Г, а - сопровождающий уширение сдвиг линии. При доплеровском уширении (см. Доплера эффект)возникает гауссов К. с. л.:

Здесь - полуширина спектральной линии при условии I()=I()=I_макс()*е^-1, - наиболее вероятная скорость, М - масса атома. При одновременном статистически независимом действии гауссова и лоренцевского типов уширения К. с. л. описывается свёрткой (1) и (2) (контур Фойгта):

Если , то контур (3) близок к лоренцевскому. При центр. часть имеет гауссову форму, а в далёких крыльях

Исследование формы К. с. л. используется для определения физ. характеристик излучающих и поглощающих объектов. Форма К. с. л. оптически тонкого объекта определяется доплеровским уширением и взаимодействием излучающих атомов с окружающими частицами. В разреженных газах и плазме К. с. л. гауссов, при умеренных давлениях - лоренцевский (для нейтральных газов - вплоть до давлений в неск. дес. атмосфер, в плазме - для линий атомов и ионов низкой кратности, кроме водородоподобных, при плотности электронов N_е10¹⁶-10¹⁷ см^-3). При высокой плотности газов и плазмы К. с. л. часто обладает нек-рой асимметрией - имеет квазистатич. крыло. Иногда квазистатич. крыло ярко выражено, в др. же крыле, вследствие снятия запрета по чётности под действием плазменных микро-Рис. 2. Контур линии 4471 атома гелия (переход 2³Р- -4³D) в плазме с N_e=-3*10¹⁵ см^-3, T=10 000 К. полей, возникает "запрещённая" компонента (рис. 2). Форма обоих крыльев линий водорода определяется в основном квазистатич. механизмом уширения. В далёких крыльях К. с. л. проявляется характер взаимодействия частиц на близких расстояниях и может возникать сложная структура, в частности могут появляться линии-сателлиты вследствие образования молекулярных состояний и молекулярных комплексов. В плазменных объектах при наличии развитой турбулентности К. с. л. может иметь структуру масштаба ионно-звуковой и плазменной частот.

В оптически толстых объектах значит. влияние на К. с. л. оказывает перенос излучения. В простейшем случае однородного плоского слоя вещества, находящегося в состоянии локального термодинамического равновесия, К. с. л. испускания определяется ф-лой

где Iп() - спектральное распределение интенсивности излучения абсолютно чёрного тела (см. Планка закон излучения), - коэф. поглощения, L - толщина слоя; аналогичной (4) ф-лой даётся спектральное распределение мощности, поглощённой в слое. Если внеш. слои оптически плотного излучающего объекта имеют более низкую темп-ру, то в центре К. с. л. возникает провал, обусловленный самообращением спектральной линии. Провал в центре К. с. л. может также образоваться и в оптически толстой линии однородного объекта в том случае, когда населённость возбуждённого уровня энергии атома много меньше населённости этого уровня при локальном термодинамич. равновесии при данной темп-ре. В оптически плотном объекте при больших градиентах скорости макроскопич. движения перенос излучения и доплеровский сдвиг частоты могут привести к образованию на К. с. л. сателлитной структуры.