Введение 3
1. Используемые на практике контуры 4
2. Влияние столкновений на доплеровский контур линий 8
3. Использование метода классических траекторий для расчета функции Г 10
4. Анализ зависимости частоты столкновений от проекции скорости молекулы 14
5. Анализ вероятностей изменения проекции скорости 15
6. Метастабильные состояния 18
7. Вращательная зависимость эффекта Дике 19
Заключение 22
Литература 23
Стремительное развитие экспериментальной техники привело к тому, что современные спектрометры позволяют проводить измерения со спектральным разрешением большим, чем 0.001 см-1 и отношением сигнал- шум выше 105. Большое множество экспериментов показали, что широко используемый контур Фойгта недостаточно хорошо описывает реальные контуры линий поглощения, что приводит к ошибкам в определении таких спектральных параметров, как интенсивность линий и коэффициенты уширения. Таким образом, возникает необходимость использования других контуров, учитывающих более тонкие эффекты.
Контур Фойгта учитывает два основных механизма формирования линии: эффект Доплера и уширение взаимодействиями. При низких давлениях (менее десятых долей от атмосферного) в уширении основную роль играет эффект Доплера. Этот эффект связан с изменением наблюдаемой частоты при относительном движении излучателя. Частота излучения, регистрируемого приемником, при нерелятивистском движении источника определяется выражением
й> = 0>о(1±“)
где со0 - частота излучения неподвижного источника, с - скорость света, vx - проекция скорости на направление наблюдения. Знак «+» соответствует движению частицы к наблюдателю, а «-» от наблюдателя. Поскольку излучающие атомы двигаются хаотично, то полный спектр источника будет определяться наложением сдвинутых на определенную величину Дщ вкладов от отдельных атомов, обладающих проекцией скорости vxf. В случае теплового распределения проекций скорости контур линии имеет Гауссову форму.
Ударное же уширение (или уширение взаимодействиями) проявляется для газов, находящихся при давлениях, превышающих примерно 0,1 от атмосферного. В результате соударений возбужденных атомов уменьшается время жизни атома в возбужденном состоянии, и спектральная линия уширяется. Контур в таком случае описывается функцией Лоренца.
Модель Фойгта не учитывает два важных эффекта: эффект Дике и эффект ветра. Первый состоит в том, что за счет столкновений происходит уменьшение доплеровского уширения из-за ограничения свободного движения поглощающих молекул. Эффект ветра заключается в зависимости параметров лоренцевского контура (полуширины и сдвига) от скорости молекулы (линия испускания (поглощения) быстрых молекул должна иметь более широкую лоренцевскую составляющую, чем менее быстрых).
Основные модели, учитывающие либо эффект Дике, либо эффект ветра, а некоторые сразу оба, описаны ниже, однако у всех есть один большой недостаток - это большое количество эмпирических параметров. В данной работе эффект Дике исследуется для случая столкновений линейной молекулы с атомами благородных газов при помощи метода классических траекторий. Взаимодействие молекулы с атомом описывается реалистичными анизотропными потенциалами. Рассчитав вероятность изменения проекции скорости на выбранное направление можно построить контур и, варьируя вращательный угловой момент молекулы, можно проанализировать вращательную зависимость проявления эффекта Дике, что и является целью данной работы. В качестве обзора рассмотрим подробней основные модели контура, используемые в литературе для описания формы изолированных линий.
В данной работе предложен метод построения доплеровского контура с использованием метода классических траекторий. Исследуя изменение проекции скорости линейной молекулы при столкновении с атомами благородных газов, было проанализировано изменение доплеровского контура при различных начальных условиях. Отличительной особенностью данной работы является полное отсутствие эмпирических параметров. Задавая известные и проверенные потенциалы взаимодействия, а также варьируя начальный угловой момент молекулы, был построен график зависимости ширины линии от давления в случае разных газов (рис. 10) и получена зависимость сужения Дике от вращения молекулы (рис. 11). Помимо этого, в данной работе был оценен вклад от образования метастабильных состояний в процессе столкновений (рис. 7,8), и выяснено, что при определенных условиях их учет является необходимым.
Существует ряд направлений продолжения данной темы. В первую очередь, для того чтобы иметь возможность сопоставления результатов с экспериментальными данными, необходимо добавить механизм ударного уширения. Также возможным этапом является переход от возмущающих атомов к молекулам, т.к. взаимодействие линейных молекул представляет больший интерес в прикладных задачах.
