第三章-光谱的线宽和线形课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光谱的线宽和线型,自由讨论：,1,，有那些函数分布，分别代表什么过程？,2,，影响光吸收的物理因素有哪些,?,3,，光和原子相互作用有哪些过程？,4,，原子原子碰撞过程中，有哪些相互作用？,5,，光强对原子吸收的影响？,光谱的线宽和线型自由讨论：,内容：,1,，自然线宽,2,，,Doppler,加宽,3,，碰撞加宽,4,，渡越加宽,5,，饱和加宽,内容：,线宽,半高全宽,(,FWHM, Full Width at Half Maximum,) =,半高宽,=,半宽,(half width) =,线宽,(linewidth),。谱线宽度来源自然、多普勒、碰撞、渡越，饱和等,线型,g(,),线核 线翼,线核,线宽 线核,一、辐射谱线自然线宽,激发态的原子用一个经典阻尼谐振子描写：,第,3.1,节 自然线宽,Fourier Transfer,Normalized Lorentzian,可忽略,一、辐射谱线自然线宽 第3.1节 自然线宽Fourier T,Relation between linewidth, decay rate, and lifetime:,If considering the ground state:,Natural linewidth,Energy uncertainty,Spontaneous emission,Energy uncertainty (lifetime),Relation between linewidth, de, nm,s,ns,n,=1/(2,s,) MHz,Li D,2,671,27.2,5.85,Na D,2,589,16.3,9.76,Rb D,2,780,26.5,6.01,Cs D,2,852,31,5.13,Ba,554,9.1,17.49,Ba,791,1.37us,0.12,一些跃迁谱线的自然线宽, nms nsn=1/(2s ) ,一、吸收线性,Oscillator with driven force qE,宏观极化子：,Light speed in medium,Relative permittivity,相对介电常数,相对磁化率,一、吸收线性Oscillator with driven f,Imaginary is absorption,Real is dispersion, phase velocity,Kramers-Kronig relation,Effective wave vector,Imaginary is absorptionReal is,第,3.2,节,Doppler,线宽,相向运动时观察者感觉辐射场频率升高，反向时感觉频率降低,原子吸收,观察者,动,辐射源,不动,原子发射,观察者,不动,辐射源,动,(,原子感受到的光频率,),(,共振条件,0,= ,),原子实际吸收的光频,a,L,原子谱线的一级,(,线性,)Doppler,频移,一、,Doppler,效应,(,一级,),第3.2节 Doppler线宽 相向运动时观察者感觉,Maxwellian velocity distribution,Considering Doppler frequency shift,(Doppler broadened distribution, Gussian distribution),Halfwidth,M, mole mass/atom number (kg),Maxwellian velocity distributi,Maxwell Distribution,Hot,Cold,T small,T large,“Hot” vs. “Cold”,速率,vs,速度,Maxwell DistributionHotColdT s,Doppler,线宽计算举例,Z,amu,nm,T,K,D,GHz,放电中,H L,1,121.6,1000,55.8,热管中,Na D,2,23,589.1,500,1.7,室温,85,Rb D,2,85,780.0,300,0.52,冷原子,85,Rb D,2,85,780.0,144,K,0.36 MHz,热管中,7,Li D,7,670.8,600,3.0,冷原子,7,Li D,7,670.8,140,K,1.4 MHz,室温,Cs D,2,133,852.1,300,0.38,室温,CO,2,44,10,m,300,0.056,室温,87,Rb,钟跃迁,87,6.8 GHz,300,9.0 KHz,Doppler线宽计算举例ZTD放电中 H L112,四、,Lorentz,线型与,Gauss,线型的比较,Lorentz,线宽,(FWHM):,n,= = A,i,= 1/,i,n,= ,n,/ 2,一般情况,n,= (1/,I,+ 1/,k,),Doppler shift,Natural profile,Center: G + L,Wing: L,四、Lorentz线型与Gauss线型的比较 Lorentz,五、,Voigt,线型,(Lorentz,线型与,Gauss,线型的卷积,),实际观察到的谱线线型一般都是,Viogt,线型，通过反卷积分析得到,L(,-,0,),和,G(,-,0,),原子吸收和发射线性，同时受自发辐射和速度影响,五、Voigt 线型(Lorentz线型与Gauss线型的卷,第,3.3,节 碰撞加宽,R(A,B),碰撞伙伴,(,对,)A-B,质心间距,碰撞频移，可正可负,(,取决于势能曲线,/,面,),2R,c,碰撞直径,c,=,R,c,/v = 2ps (1nm/500ms,-1,),碰撞时间,(,弹性,),碰撞产生频移,与加宽的原因：,内能差,来自碰撞,平动能，非碰撞产,生改变体系内态,绝热近似、,B-O,近似,原子核重排,(,碰撞、化学反应,),过程中，电子的电荷分布,/,跃迁,(fs),可实时快速地调整,(,垂直跃迁,),第3.3节 碰撞加宽R(A,B) 碰撞伙伴(对)A-B质心,两体碰撞,辐射,B,粒子数,吸收,测量,I(,T,), T,关系，可独立得到基态,Vi(R),的信息：,碰撞后辐射谱线产生加宽与移动：,温度,内态发生变化,两体碰撞辐射B粒子数吸收测量I(,T) T 关系，可独,Lennard-Jones (12-6),势：,诱导偶极矩,-,诱导偶极矩之间相互作用,Coulomb,势：,两,带电粒子之间相互作用,关于,V(R),正频移,碰撞频移来自碰撞对的动能转换,动能减少,负频移,动能增加,Lennard-Jones (12-6) 势：关于 V(R),非弹性碰撞：,导致（,A,B),内态发生变化，例如,A,原子激发态,E,i,的淬灭,消激发的淬灭过程与自发辐射一样减少发光的激发态原,子的布居数（淬灭碰撞）,非弹性碰撞导致加宽正比于压力,（,压力加宽）,但不产生频移,弹性碰撞：,不改变（,A,B),的内态，但引起频移, 扰相碰撞,气压,振子频率变化,振子相位变化,碰撞时间,非弹性碰撞：导致（A,B)内态发生变化，例如A原子激发态Ei,Li,弹性碰撞既导致加宽又,产生频移：,频移碰撞截面,展宽碰撞截面,碰撞频移,碰撞加宽,频移碰撞截面,加宽碰撞截面,Li弹性碰撞既导致加宽又产生频移：频移碰撞截面展宽碰撞截面碰,弹性碰撞：,弹性碰撞：,相互作用势与线移、线宽的关系,相移可正（,C,i, C,k,）可负（,C,i, Ck）可负（,Dicke,窄化,(R.H.Dicke,1953),H,2,O 1871cm,-1,转动线,Dicke,窄化,压力加宽,现象：,在红外,(IR),和微波,(MW),区域，有时碰撞不是导致加宽而是谱线窄化,(Dicke,窄化,),物理：,跃迁的上态寿命,碰撞平均时间。频繁的弹性碰撞使得寿命内平均速度分量变小，因而,Doppler,频移变小。如果平均自由程,跃迁波长，且,Doppler,加宽大于压力加宽时，出现谱线变窄。,缓冲气体,碰撞也导致扩散速率增加，因而相互作用时间增长，渡越加宽,相对,减小, 另一类碰撞窄化 （如：气泡,Rb,钟）,谱线的碰撞窄化,Dicke 窄化 (R.H.Dicke,1953)H2,第,3.4,节 渡越加宽,加宽的原因：,相互作用时间,T ,自发辐射寿命,sp,物理模型：,有限时间,T,震荡的谐振子 或,Gauss,光场诱导偶极子,减小加宽的途径：,增加相互作用时间,via,加大激光束直径,or/&,减小原子速度,(e.g.,激光冷却,),Fourier,变换,渡越时间,第3.4节 渡越加宽加宽的原因： 相互作用时间 T ,自由光谱程,/,平均速度）,非均匀功率加宽（光谱烧孔）,固体与液体中不均匀环境杂质原子辐射谱线的加宽,第3.5节 均匀与非均匀加宽均匀加宽：所有原子所辐射（或吸收,第,3.6,节 饱和与功率加宽,加宽的原因：,光泵功率远大于弛豫速率，引起上能级粒子数布居的饱和,物理模型,1,：,二能级原子,(g,1,=g,2,=1),稳态速率方程,漂白,（无吸收）：,s, , N 0, 0,第3.6节 饱和与功率加宽加宽的原因： 光泵功率远大于弛豫速,无光泵的吸收系数,频率依赖饱和参数,中心频率饱和参数,无光泵的吸收系数频率依赖饱和参数中心频率饱和参数,无饱和效应,有饱和效应,无饱和效应有饱和效应,饱和光强：其增益为弱光条件下的,1/2,S=1,1D,饱和光强：其增益为弱光条件下的1/2 S=11D, m,s,ns,I,sL,mW/cm,2,Li D,2,0.671,27.2,2.5,Na D,2,0.589,16.3,6.3,Rb D,2,0.780,26.5,1.7,Cs D,2,0.852,31,1.1,Ba,0.554,9.1,13.4, ms nsIsL mW/cm2Li,物理模型,2,：,二能级原子与辐射场的稳态相互作用,半经典理论,（单原子，均匀加宽）,饱和参数,物理模型2： 二能级原子与辐射场的稳态相互作用半经典理论,激发态的,Rabi,能级分裂,VS,饱和增宽比较,两峰,单峰,漂白,vs,强场驱动区别：,漂白,-,非相干泵浦； 强场共振驱动,- Rabi,相干振荡，,泵浦探测：,强场共振驱动的二能级原子，出现布居调制，因而探测光的响应（吸收）中出现边带（双峰结构，每个峰是饱和加宽的）。总线型是两边带的叠加。,激发态的Rabi能级分裂VS饱和增宽比较两峰单峰漂白 vs,谱线线型、线宽分类与比较,自然线宽,Doppler,加宽,碰撞加宽,渡越加宽,饱和加宽,物理机制,能级宽度,Doppler,效应,势能曲线随,间距变化,有限的相互作用时间,功率饱和,线型,L(,-,0,),G(,-,0,),L,G,L,线宽,影响线宽,主要因素,s,T,P,T,V, d(w),I,谱线线型、线宽分类与比较自然线宽Doppler加宽碰撞加宽渡,下节课：,光谱仪,下节课：,11,醉翁亭记,1,反复朗读并背诵课文，培养文言语感。,2,结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。,3,把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。,4,体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下岳阳楼记，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于岳阳楼记的千古名篇醉翁亭记。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修,(1007,1072),，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰,(,今属江西,),人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？”写作背景：宋仁宗庆历五年,(1045,年,),，参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳修上书替他们分辩，被贬到滁州做了两年知州。到任以后，他内心抑郁，但还能发挥“宽简而不扰”的作风，取得了某些政绩。醉翁亭记就是在这个时期写就的。目标导学二：朗读文章，通文顺字,1,初读文章，结合工具书梳理文章字词。,2,朗读文章，划分文章节奏，标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例环滁,/,皆山也。其,/,西南诸峰，林壑,/,尤美，望之,/,蔚然而深秀者，琅琊也。山行,/,六七里，渐闻,/,水声潺潺，而泻出于,/,两峰之间者，酿泉也。峰回,/,路转，有亭,/,翼然临于泉上者，醉翁亭也。作亭者,/,谁？山之僧,/,曰,/,智仙也。名之者,/,谁？太守,/,自谓也。太守与客来饮,/,于此，饮少,/,辄醉，而,/,年又最高，故,/,自号曰,/,醉翁也。醉翁之意,/,不在酒，在乎,/,山水之间也。山水之乐，得之心,/,而寓之酒也。节奏划分思考“山行,/,六七里”为什么不能划分为“山,/,行六七里”？明确：“山行”意指“沿着山路走”，“山行”是个状中短语，不能将其割裂。“望之,/,蔚然而深秀者”为什么不能划分为“望之蔚然,/,而深秀者”？明确：“蔚然而深秀”是两个并列的词，不宜割裂，“望之”是总起词语，故应从其后断句。【教学提示】引导学生在反复朗读的过程中划分朗读节奏，在划分节奏的过程中感知文意。对于部分结构复杂的句子，教师可做适当的讲解引导。目标导学三：结合注释，翻译训练,1,学生结合课下注释和工具书自行疏通文义，并画出不解之处。【教学提示】节奏划分与明确文意相辅相成，若能以节奏划分引导学生明确文意最好；若学生理解有限，亦可在解读文意后把握节奏划分。,2,以四人小组为单位，组内互助解疑，并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。,3,教师选择疑难句或值得翻译的句子，请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例：若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝，晦明变化者，山间之朝暮也。野芳发而幽香，佳木秀而繁阴，风霜高洁，水落而石出者，山间之四时也。直译法：那太阳一出来，树林里的雾气散开，云雾聚拢，山谷就显得昏暗了，朝则自暗而明，暮则自明而暗，或暗或明，变化不一，这是山间早晚的景色。野花开放，有一股清幽的香味，好的树木枝叶繁茂，形成浓郁的绿荫。天高气爽，霜色洁白，泉水浅了，石底露出水面，这是山中四季的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬日水枯而石底上露，如此，就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强译文的美感，培养学生的翻译兴趣，但可能会降低译文的准确性。因此，需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见我的积累本。目标导学四：解读文段，把握文本内容,1,赏析第一段，说说本文是如何引出“醉翁亭”的位置的，作者在此运用了怎样的艺术手法。明确：首先以“环滁皆山也”五字领起，将滁州的地理环境一笔勾出，点出醉翁亭坐落在群山之中，并纵观滁州全貌，鸟瞰群山环抱之景。接着作者将“镜头”全景移向局部，先写“西南诸峰，林壑尤美”，醉翁亭坐落在有最美的林壑的西南诸峰之中，视野集中到最佳处。再写琅琊山“蔚然而深秀”，点山“秀”，照应上文的“美”。又写酿泉，其名字透出了泉与酒的关系，好泉酿好酒，好酒叫人醉。“醉翁亭”的名字便暗中透出，然后引出“醉翁亭”来。作者利用空间变幻的手法，移步换景，由远及近，为我们描绘了一幅幅山水特写。,2,第二段主要写了什么？它和第一段有什么联系？明确：第二段利用时间推移，抓住朝暮及四季特点，描绘了对比鲜明的晦明变化图及四季风光图，写出了其中的“乐亦无穷”。第二段是第一段“山水之乐”的具体化。,3,第三段同样是写“乐”，但却是写的游人之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾画了游人之乐。,4,作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，描绘出一幅太平祥和的百姓游乐图。游乐场景映在太守的眼里，便多了一层政治清明的意味。太守在游人之乐中酒酣而醉，此醉是为山水之乐而醉，更是为能与百姓同乐而醉。体现太守与百姓关系融洽，“政通人和”才能有这样的乐。,5,第四段主要写了什么？明确：写宴会散、众人归的情景。目标导学五：深入解读，把握作者思想感情思考探究：作者以一个“乐”字贯穿全篇，却有两个句子别出深意，不单单是在写乐，而是另有所指，表达出另外一种情绪，请你找出这两个句子，说说这种情绪是什么。明确：醉翁之意不在酒，在乎山水之间也。醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。这种情绪是作者遭贬谪后的抑郁，作者并未在文中袒露胸怀，只含蓄地说：“醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。”此句与醉翁亭的名称、“醉翁之意不在酒，在乎山水之间也”前后呼应，并与“滁人游”“太守宴”“众宾欢”“太守醉”连成一条抒情的线索，曲折地表达了作者内心复杂的思想感情。目标导学六：赏析文本，感受文本艺术特色,1,在把握作者复杂感情的基础上朗读文本。,2,反复朗读，请同学说说本文读来有哪些特点，为什么会有这些特点。,(1),句法上大量运用骈偶句，并夹有散句，既整齐又富有变化，使文章越发显得音调铿锵，形成一种骈散结合的独特风格。如“野芳发而幽香，佳木秀而繁阴”“朝而往，暮而归，四时之景不同，而乐亦无穷也”。,(2),文章多用判断句，层次极其分明，抒情淋漓尽致，“也”“而”的反复运用，形成回环往复的韵律，使读者在诵读中获得美的享受。,(3),文章写景优美，又多韵律，使人读来不仅能感受到绘画美，也能感受到韵律美。目标导学七：探索文本虚词，把握文言现象虚词“而”的用法用法,文本举例表并列,1.,蔚然而深秀者；,2.,溪深而鱼肥；,3.,泉香而酒洌；,4.,起坐而喧哗者表递进,1.,而年又最高；,2.,得之心而寓之酒也表承接,1.,渐闻水声潺潺，而泻出于两峰之间者；,2.,若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝；,3.,野芳发而幽香，佳木秀而繁阴；,4.,水落而石出者；,5.,临溪而渔；,6.,太守归而宾客从也；,7.,人知从太守游而乐表修饰,1.,朝而往，暮而归；,2.,杂然而前陈者表转折,1.,而不知人之乐；,2.,而不知太守之乐其乐也虚词“之”的用法用法,文本举例表助词“的”,1.,泻出于两峰之间者；,2.,醉翁之意不在酒；,3.,山水之乐；,4.,山间之朝暮也；,5.,宴酣之乐位于主谓之间，取消句子独立性,而不知太守之乐其乐也表代词,1.,望之蔚然而深秀者；,2.,名之者谁,(,指醉翁亭,),；,3.,得之心而寓之酒也,(,指山水之乐,),【教学提示】更多文言现象请参见我的积累本。三、板书设计路线：环滁琅琊山酿泉醉翁亭风景：朝暮之景四时之景山水之乐,(,醉景,),风俗：滁人游太守宴众宾欢 太守醉宴游之乐,(,醉人,),心情：禽鸟乐人之乐乐其乐与民同乐,(,醉情,),可取之处,重视朗读，有利于培养学生的文言语感，并通过节奏划分引导学生理解文意，突破了仅按注释疏通文义的桎梏，有利于引导学生自主思考；不单纯关注“直译”原则，同时培养学生的“意译”能力，引导学生关注文言文的美感，在一定程度上有助于培养学生的核心素养。不足之处,文章难度相对较高，基础能力低的学生难以适应该教学。,会员免费下载,11醉翁亭记 1反复朗读并背诵课文，培养文言语感。,