Том 32, номер 02, статья № 1

Кочанов В. П. Сравнение контуров спектральных линий в моделях сильных и слабых столкновений. // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 02. С. 87–95. DOI: 10.15372/AOO20190201.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Рассмотрено качественное и количественное влияние на контур линии сильных и слабых по скоростям столкновений с рассеянием поглощающих молекул на большие и малые углы соответственно. Показано, что в диффузионной модели контура, известной как модель «слабых» столкновений, рассеяние на большие углы вносит существенный вклад, сопоставимый с таковым в модели сильных столкновений. Различие этих традиционных моделей заключается лишь в математических формах представления интеграла столкновений, интегральной и дифференциальной, и следующих из них аналитических выражений для контуров. Получены и апробированы простые приближенные формулы для контура, в котором одновременно учтены сильные и слабые столкновения.

Ключевые слова:

контур линии, сильные столкновения, слабые столкновения, диффузия

Список литературы:

1. Voigt W. Über das gesetz intensitӓtsverteilung innerhalb der linien eines gasspektrams. München, Berlin: Sitzber. Bayr Akad., 1912. 603 p.
2. Galatry L. Simultaneous effect of Doppler and foreign gas broadening on spectral lines // Phys. Rev. 1961. V. 122. P. 1218−1223.
3. Подгорецкий М.И., Степанов А.В. К вопросу о доплеровской ширине линий испускания и поглощения // ЖЭТФ. 1961. Т. 40, № 2. С. 561–566.
4. Nelkin M., Ghatak A. Simple binary collision model for Van Hove's Gs(rt) // Phys. Rev. 1964. V. 135. P. A4–A9.
5. Раутиан С.Г., Собельман И.И. Влияние столкновений на доплеровское уширение спектральных линий // Успехи физ. наук. 1966. Т. 90, № 2. С. 209–236.
6. Раутиан С.Г. Некоторые вопросы теории газовых квантовых генераторов // Тр. ФИАН. 1968. Т. 43. С. 3–115.
7. Dicke R.H. The effect of collisions upon the Doppler width of spectral lines // Phys. Rev. 1953. V. 89. P. 472–473.
8. Wittke J.P., Dicke R.H. Redetermination of the hyperfine splitting in the ground state of atomic hydrogen // Phys. Rev. 1956. V. 103. P. 620–631.
9. Duggan P., Sinclair P.M., Berman R., May A.D., Drummond J.R. Testing lineshape models: Measurements for ν = 1–0 CO broadened by He and Ar // J. Mol. Spectrosc. 1997. V. 186, N 1. P. 90–98.
10. Ciuryło R., Jaworski R., Jurkowski J., Pine A.S., Szudy J. Spectral line shapes modeled by a quadratic speed-dependent Galatry profile // Phys. Rev. A. 2001. V. 63, N 3. P. 032507−7. DOI: 10.1103/PhysRevA63.032507.
11. Duggan P., Sinclair P.M., May A.D., Drummond J.R. Line-shape analysis of speed-dependent collisional width inhomogeneities in CO broadened by Xe, N2, and He // Phys. Rev. A. 1995. V. 51, N 1. P. 218–224.
12. Ciuryło R. Shapes of pressure- and Doppler-broadened spectral lines in the core and near wings // Phys. Rev. A. 1998. V. 58, N 2. P. 1029–1039.
13. De Vizia M.D., Castrillo A., Fasci E., Moretti L., Rohart F., Gianfrani L. Speed dependence of collision parameters in the H218O near-IR spectrum: Experimental test of the quadratic approximation // Phys. Rev. A. 2012. V. 85, N 6. P. 062512–7. DOI: 10.1103/PhysRevA. 85.062512.
14. Tran H., Hartmann J.-M., Chaussard F., Gupta M. An isolated line-shape model based on the Keilson–Storer function for velocity changes. II. Molecular dynamics simulations and the Q(1) lines for pure H2 // J. Chem. Phys. 2009. V. 131, N 15. P. 154303. DOI: 10.1063/1.3247898.
15. Ферцигер Дж., Капер Г. Математическая теория процесса переноса в газах. М.: Мир, 1976. 554 c. // Ferziger J.H., Kaper H.G. Mathematical theory of transport processes in gases. Amsterdam–London: North–Holland publ. comp, 1972.
16. Berman P.R., Haverkort J.E.M., Woerdman J.P. Collision kernels and transport coefficients // Phys. Rev. A. 1986. V. 34, N 6. P. 4647–4656.
17. Раутиан С.Г. Диффузионное приближение в задаче о миграции частиц в газе // Успехи физ. наук. 1991. Т. 161, № 11. С. 151–170.
18. Кочанов В.П. Проявления рассеяния молекул на малые углы в контуре спектральных линий // ЖЭТФ. 2014. Т. 145, № 3. С. 387–404.
19. Kochanov V.P. Combined effect of small- and large-angle scattering collisions on a spectral line shape // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2015. V. 159. P. 32–38.
20. Kochanov V.P. Speed-dependent spectral line profile including line narrowing and mixing // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2016. V. 177. P. 261–268.
21. Кочанов В.П. Алгебраическая аппроксимация контура спектральных линий с учетом сильных и слабых по скоростям столкновений // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 5. С. 474–479. DOI: 10/15372/AOO20150510; Kochanov V.P. Algebraic approximation of the spectral line profile with allowance for hard and soft speed-related collisions // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 5. P. 394–399. DOI: 10.1134/S1024856015050085.
22. Кочанов В.П., Пташник И.В. Аппроксимация ширины суженного столкновениями контура линии // Оптика и спектроскопия. 2000. Т. 89, № 5. С. 736–742.
23. Claveau C., Henry A., Hurtmans D., Valentin A. Narrowing and broadening parameters of H2O lines perturbed by He, Ne, Ar, Kr and nitrogen in the spectral range 1850–2140 cm-1 // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2001. V. 68, N 3. P. 273–298. DOI: 10.1016/S0022-4073(00)00025-X.
24. Андреева Т.Л. Уравнение диффузии для матрицы плотности // ЖЭТФ. 1968. Т. 54, № 2. С. 641–651.
25. Алексеев В.А., Андреева Т.Л., Собельман И.И. Метод квантового кинетического уравнения для атомов и молекул и его приложения к вычислению оптических характеристик газов // ЖЭТФ. 1972. Т. 62, № 2. С. 614–626.
26. Алексеев В.А., Андреева Т.Л., Собельман И.И. К теории нелинейных резонансов мощности газовых лазеров // ЖЭТФ. 1973. Т. 64, № 3. С. 813–822.
27. Berman P.R. Theory of collision effects on atomic and molecular line shapes // Appl. Phys. 1975. V. 6. P. 283–296.
28. Пестов Э.Г., Раутиан С.Г. Полевое сужение спектральных линий // ЖЭТФ. 1973. Т. 64, № 6. С. 2032–2045.
29. Раутиан С.Г., Смирнов Г.И., Шалагин А.М. Нелинейные резонансы в спектрах атомов и молекул. Новосибирск: Наука, 1979. 310 с.
30. Blackmore R. A modified Boltzmann kinetic equation for line shape functions // J. Chem. Phys. 1987. V. 87. P. 791−800. DOI: 10.1063/1.453286.
31. Пестов Э.Г. Теория релаксации квантовых систем в сильном электромагнитном поле // Тр. ФИАН. 1988. Т. 187. С. 60–116.
32. Кочанов В.П. Влияние дифракции молекул на столкновительное сужение линий // Оптика и спектроскопия. 2000. Т. 89, № 5. С. 743–748.
33. Чандрасекар С. Стохастические проблемы в физике и астрономии. М.: Иностр. лит-ра, 1947. 168 с.
34. Справочник по специальным функциям / под ред. М. Абрамовица и И. Стиган. М.: Наука, 1979. 830 с.
35. Кочанов В.П. Экономичные аппроксимации контуров Фойгта и Раутиана–Собельмана // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 4. С. 275–278. DOI: 10/15372/AOO20150510; Kochanov V.P. Efficient approximations of the Voigt and Rautian–Sobelman profiles / Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 5. P. 432–435. DOI: 10.1134/S1024856011050071.
36. Kochanov V.P. On one-dimensional velocity approximation for speed-dependent spectral line profiles // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2013. V. 121. P. 105–110.
37. Berman P.R. Speed-dependent collisional width and shift parameters in spectral line profiles // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 1972. V. 12. P. 1331–1342.
38. Kochanov V.P. On parameterization of spectral line profiles including the speed-dependence in the case of gas mixture // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2017. V. 189. P. 18–23. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2016.11.007.
39. Kochanov V.P., Morino I. Methane line shapes and spectral line parameters in the 5647–6164 cm-1 region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2018. V. 206. P. 313–322. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.12.006.
40. Kochanov V.P. Line profiles for the description of line mixing, narrowing, and dependence of relaxation constants on speed // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2011. V. 112. P. 1931–1941.
41. Раутиан С.Г. Универсальный асимптотический контур спектральной линии при малом доплеровском уширении // Оптика и спектроскопия. 2001. Т. 90, № 1. С. 36–47.