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连续光谱

连续光谱是指光(辐射)强度随频率变化呈连续分布的光谱。根据量子理论,原子、分子可处于一系列分立的状态。两个态间的跃迁产生光谱线。每个光谱线系趋于一个短波极限,波长短于这个极限就出现一个光谱的连续区(见原子光谱)。这个极限称线系限。从线系限位置起,连续区的强度很快地下降,这个连续区是连续光谱。 [1]

连续光谱是指光(辐射)强度随频率变化呈连续分布的光谱。根据量子理论,原子、分子可处于一系列分立的状态。两个态间的跃迁产生光谱线。每个光谱线系趋于一个短波极限,波长短于这个极限就出现一个光谱的连续区(见原子光谱)。这个极限称线系限。从线系限位置起,连续区的强度很快地下降,这个连续区是连续光谱。 [1]

右图是氢原子光谱巴耳末系的连续光谱区,它从H7即巴耳末系的第七条线(n=7)开始,H表示线系限的理论位置。 [1]

自由电子和离子复合过程可在紫外区和X射线区产生连续光谱。高速电子打到靶上,受靶中原子核库仑场的作用而速度衰减,电子的动能转变成辐射能产生轫致辐射。轫致辐射在紫外和软X射线区也有连续光谱。发光材料在短波光(辐射)或阴极射线激发下发出连续光谱。炽热的物体也产生连续光谱。 [1]

电子同步加速器是紫外和X射线光谱区的高强度连续光谱光源(见回

旋加速器辐射和同步加速器辐射)。 [2]

由炽热的固体、液体或高压气体所发的光都能形成连续光谱。

液体或固态物质在高温激发时发出的各种波长的光,都会产生连续光谱。

在可见光区呈现为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的光谱也是连续光谱。

近年,连续光谱分析技术的在水质监测仪器科技领域的应用日益发展,基于连续光谱分析的原 理,不但可以检测多项水质参数(即水样中的被测物质),而且,由于连续光谱承载了被测物质的重要信息,能够在宽光谱范围内展开信号处理,以有效消除检测仪器系统的误差、减小背景光谱干扰(如浊度)和噪声干扰,从而极大提高在线水质检测的精确度 [3]

炽热的固体和液体以及高温高压的气体产生连续谱,不能简单地用玻尔原子能级跃迁理论来理解。与稀薄的气体被电离不同的是,炽热的固体和液体以及高温高压气体原子核外电子分布更为复杂,且原子分布较为密集,由于原子之间的相互作用,将引起原子轨道能量的轻微变化,玻尔理论不再适用。从经典理论可以这样来解释,即原子周围的电子被电离,当高速运动的电子与离子发生碰撞时会产生很大的负加速度,在其周围产生急剧变化的电磁场,也就是电磁辐射。因为碰撞过程和条件以及每次碰撞的能量变化都是随机的,所以产生的是波长不同而且连续的电磁辐射,从而形成连续谱 [4]

连续谱的产生也可以从量子理论进行解释,量子理论认为,原子核外电子在原子轨道上运动,并处于不同的分立能级上。当N个原子相互接近,由于原子之间的相互作用,将引起原子轨道能量的轻微变化,产生原子轨道的交叠并发生能级分裂现象。N个原子中原来能量相同的能级将分裂为N个能量稍有不同的能级。由于原子的数目极大(N= 1019~ 1021/mm3),因而N个分裂能级的差值很小,以至于可以看成是连续分布,即形成有一定宽度的能带。

设有任意两个能带Em和En(Em> En),其能带宽度为ΔEm= Emt- Emb(t代表能带顶;b代表能带底。下同);ΔEn= Ent- Enb,而且两个能带之间满足光谱选律,则当两个能带之间发生辐射跃迁时,辐射谱线将宽化为谱带,而相邻谱带的部分重叠便形成了连续谱。由于原子核对内层轨道电子的强烈吸引作用和外层轨道电子的屏蔽作用,内层电子几乎不参与外层电子的跃迁,因而这种因能带结构造成相应谱线宽化的现象主要对应于原子外层轨道电子的跃迁,因而其波谱主要分布在红外线、可见光、紫外线区域,其短波部分与软X射线重叠。

超连续谱激光,可以用“白炽灯的光谱宽度,激光的亮度”来加以描述。超连续谱激光的发现是在一次偶然的试验中发现的,用激光照射诸如方解石之类的晶体,最初目的是为了确定晶体中声子的寿命,结果却观察到了白色激光的产生。输入的绿色激光脉冲与介质发生了某种相互作用,导致激光的频率范围急剧展宽。后来,液体介质和气体介质也在超连续谱激光技术方面被尝试使用,使超连续谱激光的光谱延伸到了红外频段。

对于光纤中超连续谱激光产生的原因,主要有两种看法,一种认为自相位调制效应是超连续谱激光产生的主要原因,另一种则认为超连续谱激光是自相位调制、四波混频及交叉相位调制综合作用的结果,但这两种说法均无系统的理论研究报道。

光纤中产生的超连续谱激光已经得到了广泛的应用。其中最为重要、最为成熟的当属超精确频率测量和精密时钟。

原子内部确实存在着不连续的定态能级分布,能级间隔随量子数n的增大而变小电子在各能级间的跃迁产生线状光谱。n=

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