Pour certaines sources de lumière, comme les lampes à décharge et divers lasers, le spectre optique présente des lignes spectrales clairement définies, c’est-à-dire, des caractéristiques spectrales étroites avec une densité spectrale de puissance substantielle.Celles-ci sont liées aux transitions d’atomes, d’ions ou de molécules d’un certain état excité vers un niveau électronique inférieur.L’énergie du photon hν = h c / λ est proche de la différence d’énergie des niveaux, ce qui détermine donc la longueur d’onde optique de la ligne d’émission spectrale.
Parfois, des lignes d’émission discrètes sont observées en haut d’un spectre continu.
Il arrive aussi qu’un spectre optique continu présente des creux discrets, qui sont causés par l’absorption de la lumière à certaines longueurs d’onde.De telles lignes d’absorption sont aussi généralement liées à des transitions électroniques, cette fois d’un niveau d’énergie inférieur à un niveau d’énergie supérieur.Si le niveau inférieur est l’état fondamental électronique, il s’agit d’une absorption d’état fondamental (GSA), sinon d’une absorption d’état excité (ESA).De telles lignes d’absorption ont été observées, par exemple, dans la lumière du soleil (lignes de Fraunhofer, découvertes par Joseph von Fraunhofer), et ont permis de découvrir l’hélium avant qu’il ne soit trouvé sur Terre.Les raies d’absorption peuvent également être étudiées en laboratoire, par exemple avec des sources lumineuses à large bande et des spectrographes ou avec la spectroscopie d’absorption laser à balayage.
Des raies d’absorption et d’émission similaires sont également observées avec des milieux solides tels que les cristaux laser.Ici, cependant, les caractéristiques d’absorption et d’émission sont souvent sensiblement plus larges en raison des interactions des espèces absorbantes ou émettrices avec le matériau hôte.
Les raies d’absorption et d’émission observées sont souvent caractéristiques de certaines substances, et peuvent donc être utilisées comme des empreintes spectrales, par exemple pour la détection de polluants environnementaux dans l’atmosphère.Il est également possible de mesurer les concentrations (ou densités numériques) par leur relation avec le coefficient d’absorption, en utilisant la loi de Beer-Lambert.
Il existe un certain nombre de raies spectrales standard qui sont fréquemment utilisées comme références de longueur d’onde, par ex.par exemple pour la caractérisation des verres optiques.
Largeur et forme des raies spectrales
Les raies spectrales présentent toujours une largeur de raie finie, qui peut avoir différentes origines :
- Au niveau des hautes pressions gazeuses, les collisions sont fréquentes.Elles conduisent à un élargissement collisionnel (ou élargissement par pression) des raies.Essentiellement, les atomes émetteurs sont fréquemment perturbés par des collisions au cours de leur rayonnement, de sorte que la phase optique ne peut pas évoluer de façon continue sur des temps plus longs.
- Il existe des décalages Doppler dus au mouvement thermique des particules rayonnantes.Cela conduit à ce qu’on appelle l’élargissement Doppler, dont l’ampleur dépend de la température.Il existe des méthodes de spectroscopie sans Doppler, qui éliminent en grande partie l’effet de l’élargissement Doppler.
- Même sans mouvement, il existe une largeur de raie naturelle, qui est limitée par la durée de vie de l’état supérieur (élargissement de durée de vie).
- Comme mentionné ci-dessus, les atomes ou les ions émetteurs ou absorbants dans les solides présentent souvent des lignes d’absorption et d’émission élargies en raison des interactions avec le matériau hôte.Par exemple, il peut y avoir des effets Stark causés par des champs électriques.Si différents atomes ou ions subissent différentes modifications des caractéristiques des lignes, l’élargissement résultant est appelé élargissement inhomogène.
Les plus petites valeurs de largeur de ligne – bien en dessous de 1 Hz – peuvent être atteintes avec certaines transitions interdites, qui peuvent avoir une très petite largeur de ligne naturelle, lorsqu’on supprime également diverses autres contributions à la largeur de ligne.Des méthodes de spectroscopie ultra-précise ont été développées pour de telles mesures.Des largeurs de ligne extrêmement petites sont également exploitées dans les étalons de fréquence optique pour les horloges optiques.Ici, l’émission d’un laser est stabilisée à une ligne spectrale étroite de telle sorte que la largeur de ligne du laser est même bien inférieure à la largeur de la ligne spectrale.
La forme de la ligne, c’est-à-dire, la forme du spectre optique, est souvent liée au mécanisme d’élargissement de ligne dominant.Par exemple, les lignes lorentziennes sont souvent observées lorsque l’élargissement de la durée de vie est dominant, tandis que l’élargissement Doppler conduit à des formes de lignes gaussiennes.
La lumière à bande assez étroite de certaines lignes spectrales est souvent considérée comme quasi-monochromatique.
Questions et commentaires des utilisateurs
Vous pouvez soumettre ici des questions et des commentaires. Dans la mesure où ils sont acceptés par l’auteur, ils apparaîtront au-dessus de ce paragraphe avec la réponse de l’auteur. L’auteur décidera de l’acceptation en fonction de certains critères. Essentiellement, la question doit présenter un intérêt suffisamment large.
Veuillez ne pas saisir de données personnelles ici ; sinon, nous les supprimerions rapidement. (Voir également notre déclaration de confidentialité.) Si vous souhaitez recevoir un retour d’information personnel ou des conseils de la part de l’auteur, veuillez le contacter par exemple par e-mail.
En soumettant les informations, vous donnez votre consentement à la publication potentielle de vos contributions sur notre site Web conformément à nos règles. (Si vous retirez votre consentement par la suite, nous supprimerons ces contributions). Comme vos contributions sont d’abord examinées par l’auteur, elles peuvent être publiées avec un certain retard.
Voir aussi : spectre optique, longueur d’onde, lignes spectrales standard, lignes laser, lampes spectrales, largeur de ligne, élargissement Doppler
et autres articles dans la catégorie optique générale
 |
Si vous aimez cette page, veuillez partager le lien avec vos amis et collègues, par ex.par exemple via les médias sociaux : Ces boutons de partage sont mis en œuvre de manière à respecter la vie privée ! |
.