光谱线的轮廓

    光谱线的轮廓又称谱线形状或谱线轮廓。理想单色光的频率是一个确定的常量。在光强按频率分布的函数图上，理想单色光可用它的频率值上的一条垂直几何线表示，几何线的长度表示光强大小。但是任何实际光束的光强按频率分布图都不是这样。由于发光原子的能级存在着一定的固有宽度和寿命，也由于原子热运动或原子之间的碰撞，所以，原子发射的光谱线总有一定的频率宽度。光谱线强度随频率变化的函数图总呈现出钟形的分布，如图所示。在中心频率v₀处，光强最大；在中心频率两侧，光强对称地减小为零。光强减小至一半时两个半最大强度点之间的频率宽度为谱线宽度，简称线宽或半宽度。有时也用光强下降至1/e来定义线宽。典型的谱线形状有洛伦兹线形和高斯线形，与之相应的线宽称洛伦兹线宽和高斯线宽。

习惯上常用光强分布函数g(v)=I(v)/I₀作为纵坐标，其中I₀为光谱线的总强度，于是有

所以 。它表示光强分布函数g(v)～v图中曲线下面的面积应为1。这称为线型函数的归一化条件。

洛伦兹线形由于原子系统能级的寿命所引起的光谱线的展宽，称为谱线的自然宽度。由于发光原子与周围原子的碰撞使光波相位无规变化而引起的谱线展宽，称为碰撞宽度。两种情况的谱线形状都属洛伦兹线形。当两种情况同时存在时，谱线的宽度等于两种线宽之和。

高斯线形发光原子由于无规则热运动，使接受器所探测到的光的频率发生变化，造成谱线在一定频率区域内连续加宽。这称为多普勒加宽，相应的谱线形状为高斯线形，谱线宽度称为多普勒线宽。

非均匀加宽如果谱线加宽机制对所有发光原子的影响都相同，称为均匀加宽。如果对不同发光原子所产生的影响不同，称为非均匀加宽。前者的特点是，所有原子对谱线的各种频率成分都有贡献。后者的特点是，谱线的各种频率成分由不同原子所贡献。自然加宽、碰撞加宽为均匀加宽，热运动引起的多普勒加宽为非均匀加宽。