Width and Shape of Spectral lines

Width and Shape of Spectral lines
يتولد الليزر داخل المادة عند أطوال موجية محددة تساوي احد الأطوال الموجية
لخطوط الطيف المنبعثة من المادة. ولتمثيل خطوط الطيف نرسم شدة الإشعاع
الكھرومغناطيسي المنبعث من المادة كدالة في التردد أو الطول الموجي.
Emission line is described by plotting spontaneous emission
radiation intensity as a function of frequency (or wavelength), for
the specific lasing transition.
افترضنا سابق اً أن الطيف المنبعث من الذرة المثارة يرتكز فقط عند تردد وحيد وھو
Resonance Frequency والذي يدعى ?o
ولكن في الحقيقة فإن عمليتي الامتصاص والانبعاث لا تحدثان عند تردد وحيد فقط
وھذا ?? ولكن عند حزمة من الترددات التي تشكل اتساع في الخط الطيفي
يعتمد على الكثير من العوامل سنذكرھا emission line الاتساع في الخط الطيفي
بالتفصيل خلال ھذه المحاضرة.
Dr. Hazem Falah Sakeek www.physicsacademy.org & www.hazemsakeek.com 2
28/10/1431
2
Physics Academy
Monochromatic المقصود بمصطلح أحادي اللون
وعند رسم ،? نظريا فإن مصطلح أحادي اللون يعني طول موجي محدد 0
منحني التغير في شدة الطيف المنبعث للمستويين طاقة مع الطول الموجي
كما في الشكل الموضح على spectral line ينتج خط يعرف بالخط الطيفي
تساوي ? الجانب الأيمن حيث أن شدة الأشعة عند أطوال موجية خارج 0
صفر.
Width of spectral line (laser radiation) in Theory and in Reality
Dr. Hazem Falah Sakeek www.physicsacademy.org & www.hazemsakeek.com 3
Physics Academy
أما في الحقيقة فإن عند تمثيل العلاقة بين شدة الطيف المنبعث
?? والطول الموجي نلاحظ أن للخط الطيفي اتساع معين مقداره
? بحيث تكون أعظم قيمة عند 0 spectral width يعرف ب
كما في الشكل ? وتتناقص على الأطوال الموجية المجاورة بجوار 0
على الجانب الأيسر من الشكل التوضيحي
Dr. Hazem Falah Sakeek www.physicsacademy.org & www.hazemsakeek.com 4
28/10/1431
3
Physics Academy
تخدم ?? ن سنس ?? رق ولك ?? ن الط ?? د م ?? تخدام العدي ?? ن اس ?? ي يمك ?? ط الطيف ?? اع الخ ?? كل واتس ?? ن ش ?? ر ع ?? وللتعبي
Full Width at Half ة أي ?? ف القم ?? د منتص ?? اع عن ?? ي الاتس ?? يوعاً وھ ?? ر ش ?? ة الأكث ?? الطريق
كما في الشكل التالي: FWHM والتي تكتب اختصار ب Maximum
FWHM = Full Width at Half Maximum
Dr. Hazem Falah Sakeek www.physicsacademy.org & www.hazemsakeek.com 5
Physics Academy
Broadening the of emission line
Certain mechanisms are responsible for broadening the
linewidth of a laser:
• Natural Broadening (Lifetime Broadening)
• Doppler Broadening
• Collision Broadening (Pressure Broadening)
سنقوم بد ا رسة كل عامل بالتفصيل لتوضيح تأثيره على اتساع الخط الطيفي
Dr. Hazem Falah Sakeek www.physicsacademy.org & www.hazemsakeek.com 6
28/10/1431
4
Physics Academy
Natural Broadening (Lifetime Broadening)
لقد سلمنا بأن مستويات الطاقة ( 0,1 ) التي تعاملنا معها بأنها حادة تمام اً أي أن قيمة
لكل منهما، وهذا يشكل تناقض مع مبدأ هيزنبرج ?? ? ? اللاحتمية (الشك) يساوي صفر
يجب أن تبقى زمن لانهائي E للشك حيث أن من مبدأ الشك فإن الذرة المثارة إلى المستوى 1
يساوي صفر . E حتى يكون الشك في تحديد مستوى الطاقة 1
Heisenberg uncertainty principle:
?E*?t > h
?E = h* ??
?????????t
Numerical examples:
?t = 10-8 [s] = = > ???????? [Hz]
?t = 10-4 [s] = = > ???????? [Hz]
The longer the specific energy level transition lifetime, the
narrower its linewidth ?? .
Dr. Hazem Falah Sakeek www.physicsacademy.org & www.hazemsakeek.com 7
Physics Academy
نعلم أن الزمن الذي تبقى فيه الذرة في الحالة المثارة