スペクトル線の広がり

実際の自然放出光と吸収光のスペクトルは E₁ − E₂ = hν を満たす一本のスペクトル線ではなく、このスペクトル線を中心としてある程度の広がり (幅) を 持ったスペクトル形状をしている。このスペクトル形状の広がりがレーザーの 利得曲線となり、レーザーの発振特性を決める。広がり幅が狭いものは単一周波数 (波長) 動作に向き、広いものは波長可変動作に適している。そして、この広がりは「均一広がり」と「不均一広がり」の 2 つに分けられる。レーザー媒質は均一性と不均一性が混在した性質を持っている。

OptiVideo 配信【 レーザー基礎 】2.レーザーの基礎原理 　スペクトル線の広がりより

均一広がり

均一広がりとは、媒質中の各原子固有のスペクトル広がりをいう。この広がり幅のことを均一幅と呼ぶ。均一広がりには、自然広がり、シュタルク広がり、衝突広がりなどがある。

自然広がりとは励起準位の寿命と周波数の不確定性から生じる最も基本的な広がりである。寿命 τ_i と寿命 τ_j を持つ 2 つの励起準位間の自然広がりの幅 (自然幅)∆ν_ij は次式で与えられる。