英語翻譯：

【化】 line width

相關詞條：

1.breadthofspectrumline  2.linebreadth  3.breadthofspectrallines  4.spectrallinewidth  5.linewidth  

分詞翻譯：

譜的英語翻譯：

chart; compose; music; register; table
【醫】 spectrum

線的英語翻譯：

clue; line; string; stringy; thread; tie; verge; wire
【醫】 line; line Of occlusion; linea; lineae; lineae poplitea; mito-; nemato-
soleal line; strand; thread
【經】 line

寬度的英語翻譯：

breadth; width
【醫】 width

專業解析

譜線寬度（英文：Spectral Line Width）是指光譜中單一譜線在頻率或波長維度上所占的寬度範圍。在物理學（尤其是原子分子物理、光譜學、量子光學）和工程應用（如激光技術、精密測量）中，它是一個描述光譜線精細結構及能量不确定性的關鍵參數。其本質反映了原子或分子能級躍遷過程中輻射或吸收光子的頻率分布範圍。

一、核心定義與物理意義

1. 基本概念

   理想狀态下，原子能級躍遷應發射單一頻率的光子，形成無限窄的譜線。但實際觀測中，譜線總存在一定寬度，表現為強度隨頻率變化的分布曲線（如洛倫茲線型或高斯線型）。譜線寬度通常用半高全寬（FWHM，Full Width at Half Maximum）量化，即譜線強度最大值一半處對應的頻率或波長間隔 。

2. 物理本質

   譜線寬度源于量子系統的能量-時間不确定性原理（$Delta E cdot Delta t geq hbar/2$）。能級壽命有限性導緻躍遷能量存在自然不确定性，進而引起輻射頻率展寬 。公式表達為：

   $$ Delta u_{text{自然}} = frac{1}{2pitau} $$

   其中 $tau$ 為激發态壽命。

二、展寬機制分類（主要成因）

1. 自然展寬（Natural Broadening）

   由自發輻射的量子本性決定，是任何孤立原子譜線的最小理論寬度。其線型為洛倫茲分布，與能級壽命直接相關 。

2. 多普勒展寬（Doppler Broadening）

   原子熱運動導緻輻射頻率發生多普勒頻移。氣體中該效應顯著，線型近似高斯分布：

   $$ Delta u_D = frac{2 u_0}{c} sqrt{frac{2kT ln 2}{m}} $$

   其中 $ u_0$ 為中心頻率，$T$ 為溫度，$m$ 為原子質量 。

3. 碰撞展寬（Collisional/Pressure Broadening）

   粒子間碰撞縮短能級壽命或引起相位中斷，多見于高壓環境。展寬程度與粒子密度成正比，線型為洛倫茲分布 。

三、應用重要性

• 激光技術：窄線寬激光器需抑制展寬效應（如低溫冷卻減少多普勒展寬），用于光通信、原子鐘 。
• 天文光譜：通過分析恒星光譜線寬推斷天體溫度、壓力及元素豐度 。
• 量子計量：譜線寬度直接影響原子鐘精度與光譜儀分辨率極限 。

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權威參考文獻來源：

中國科學院物理研究所. 《光譜學基礎》. [線上課程]

National Institute of Standards and Technology (NIST). Atomic Spectra Database. [線上數據庫]

Yariv, A. Quantum Electronics (3rd ed.). Wiley. (激光物理經典教材)

清華大學物理系. 《近代光學》. 高等教育出版社. (第5章光譜分析)

網絡擴展解釋

譜線寬度是光譜分析中的關鍵概念，指光譜線在波長或頻率維度上的擴展範圍，主要源于微觀粒子運動或能态差異導緻的能量不确定性。以下是詳細解釋：

一、基本定義

譜線寬度描述了光譜線并非理想的單色線，而是具有一定擴展範圍的窄帶。例如，激光因原子同位素差異或分子熱運動，其光譜在分光鏡中呈現為有限寬度的窄條。這種寬度直接影響測量的分辨率和信號精度，過寬會導緻峰形失真。

二、物理成因

1. 自然展寬：由量子力學不确定性原理導緻，能級壽命越短，譜線越寬。
2. 多普勒展寬：粒子熱運動引起頻率偏移，高溫或高頻時更顯著。
3. 碰撞展寬：高壓下粒子頻繁碰撞導緻能級擾動。
4. 同位素效應：同位素質量差異引起能級微小偏移（如激光工作物質中的同位素）。

三、量化方法

• -3dB譜寬（FWHM）：主峰強度下降50%處的波長間隔，常用半高寬表示。
• 均方根譜寬（RMS）：基于高斯分布的能量分散度統計量。
• -20dB譜寬：主峰強度下降至1%時的波長範圍，用于評估信號邊帶。

四、應用領域

1. 光譜分析：決定儀器分辨率，如光栅光譜儀通過譜線寬度評估通帶限制。
2. 激光技術：線寬越小，激光單色性越好，適用于精密測量。
3. 光纖通信：光纖色散和衰減導緻信號帶寬受限，需控制譜寬以維持傳輸穩定性。

五、擴展說明

在光通信中，譜線寬度與調制後的信號帶寬不同，後者受限于光纖材料特性及傳輸模式。實際應用中需根據場景選擇合適量化指标，例如短距離通信可能更關注-20dB譜寬以減少信號串擾。

分類

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