Доплеровское уширение

---

Доплеровское уширение (англ. Doppler broadening) — уширение спектральных линий вследствие эффекта Доплера, вызванного распределением скоростей атомов или молекул. Различные скорости излучающих частиц приводят к различиям в доплеровском смещении, суммарное влияние которых приводит к уширению линий.^[1] Результирующий профиль линии называют доплеровским профилем. Частным случаем является тепловое доплеровское уширение вследствие теплового движения частиц. Уширение зависит от частоты спектральной линии, массы излучающих частиц и их температуры и, следовательно, может использоваться для определения температуры излучающего тела.

Спектроскопия насыщенного поглощения может использоваться для определения истинной частоты атомного перехода без охлаждения образца вещества до температур, при которых доплеровское уширение минимально.

Когда тепловое движение приводит к тому, что частица движется к наблюдателю, испускаемое излучение будет сдвинуто в область более высоких частот. Если же частица удаляется, то частота будет ниже. При нерелятивистских тепловых скоростях доплеровский сдвиг частоты будет равен

где ${\displaystyle f}$ — наблюдаемая частота, ${\displaystyle f_{0}}$ — частота для покоящейся частицы, ${\displaystyle v}$ — скорость излучающей частицы по направлению к наблюдателю, and ${\displaystyle c}$ — скорость света.

Поскольку существует распределение скоростей как к, так и от наблюдателя в любом элементе объёма излучающего тела, то суммарный эффект приведёт к уширению наблюдаемой линии. Если ${\displaystyle P_{v}(v)\,dv}$ — доля частиц с компонентом скорости от ${\displaystyle v}$ до ${\displaystyle v+dv}$ вдоль луча зрения, то соответствующее распределение частот

где ${\displaystyle v_{f}=c\left({\frac {f}{f_{0}}}-1\right)}$ — скорость по направлению к наблюдателю, соответствующая сдвигу частоты ${\displaystyle f_{0}}$ к ${\displaystyle f}$. Следовательно,

---