Doppler genişlemesi, atom, iyon veya moleküllerin hareketinden kaynaklanan Doppler kaymalarının toplu olarak bir spektral çizgiyi yaymasıdır. Parçacıkların gözlem doğrultusundaki hızları farklı olduğundan yayılan ya da soğurulan ışınımın ölçülen frekansı değişir. Bu nedenle tek tek parçacıkların çizgileri, toplu ölçümde daha geniş bir profil oluşturur. [1], [2]
Fiziksel temel
Gazdaki yayıcı parçacıkların hızları termal hareket nedeniyle dağılır. Hız dağılımı Maxwell dağılımına uyduğunda Doppler kaynaklı çizgi profili Gauss biçimindedir. NIST’in verdiği bağıntıya göre genişlik sıcaklık ve dalga boyuyla artar; parçacık kütlesi arttıkça azalır. Bu ilişki, aynı sıcaklıktaki ağır atomların daha düşük termal hızlara sahip olmasıyla açıklanır. [1] Genişleme, çizginin merkez frekansının bütün ortam için değişmesiyle aynı şey değildir: düzenli toplu hareket öncelikle çizgiyi kaydırırken, farklı hız bileşenlerinin dağılımı çizgiyi genişletir. [2]
Ölçüm ve uygulamalar
Gerçekte kaydedilen spektral çizginin genişliği yalnızca Doppler etkisine bağlı olmayabilir. NIST, spektrometrenin sonlu çözünürlüğünü ve parçacık çarpışmalarından doğan basınç genişlemesini de başlıca etkenler arasında sayar. Bu katkılar birlikte görülebileceğinden, ölçülen profilden sıcaklık çıkarırken diğer genişleme kaynaklarını ayırt etmek gerekir. [1]
Doppler genişlemesi atomik, moleküler ve astronomik tayfların yorumlanmasında kullanılır. Uygun koşullarda çizgi genişliği, yayıcı gazın sıcaklığını tahmin etmeye yardımcı olur; ancak tek başına her ölçümde sıcaklığın doğrudan göstergesi değildir. Parçacık türü, gözlem doğrultusundaki hız dağılımı ve cihazın çözünürlüğü yorumu etkiler. Bu nedenle bir çizginin genişliğini açıklarken ölçüm koşulları ve olası başka genişleme mekanizmaları da hesaba katılır. [1], [2]