Рассмотреть нужно, кратко и по существу, следующие квантово‑механические процессы и эффекты (с ключевыми формулами для оценки):
- Однофотонные переходы (разрешённые и запрещённые), спонтанное излучение: скорость и мощность линии определяется коэффициентом Эйнштейна $A_{if}$:
$$A_{if}=\frac{4{\omega }_{if}^3}{3\hslash c^3}|d_{if}{|}^2.$$
- Многофотонные переходы (двухфотонные, $n$-фотонные) и нелинейные процессы: вероятность масштабируется как интенсивность в степени $n$,
$$R^{(n)}\propto I^n,$$ возможны резонансное усиление через виртуальные/связывающие состояния и комбинационные/рамановские линии.
- Автоионизация и диелектронная рекомбинация: узкие резонансы и дополнительные линии при взаимодействии возбуждённого состояния с континуумом; часто проявляются как асимметричные спектры (Fano‑линии).
- Квантовая интерференция / Fano‑профиль:
$$\sigma (E)\propto \frac{(q+ϵ{)}^2}{1+{ϵ}^2},ϵ=\frac{E-E_r}{\Gamma /2},$$ где $q$ — параметр асимметрии, $\Gamma$ — ширина резонанса.
- Натуральная и столкновительная (давление) ширина (лоренциан): для жизни уровня $\tau$ естественная ширина (FWHM, Гц)
$$\Delta {\nu }_{\mathrm{nat}}=\frac{1}{2\pi \tau },$$ коллизионное уширение добавляет $\Delta {\nu }_{\mathrm{coll}}$; суммарный лоренциан обычно $\Delta {\nu }_L=\Delta {\nu }_{\mathrm{nat}}+\Delta {\nu }_{\mathrm{coll}}$.
- Допплеровское уширение (гауссово) при температуре $T$:
$$\Delta {\nu }_D={\nu }_0\sqrt{\frac{2k_{B}T}{m{c}^2}}.$$ Итоговая форма линии — свёртка (Voigt) лоренциана и гауссиана.
- Мощностное (power) уширение и насыщение:
$${\Gamma }^{\prime }=\Gamma \sqrt{1+\frac{I}{I_{\mathrm{sat}}}},$$ где $I_{\mathrm{sat}}$ — насыщенная интенсивность; полезно проверять масштабирование с $I$.
- Стоковский/ак‑Старк (световой сдвиг) и статический Старк: для сильно накачиваемых полей сдвиг уровня
$$\Delta E_{\mathrm{ac}}\approx \hslash \frac{{\Omega }^2}{4\Delta },$$ а при постоянном поле $\Delta E\propto -\frac{1}{2}\alpha E^2$.
- Зеемановское расщепление в магнитном поле:
$$\Delta E=g{\mu }_B{m}_{J}B,$$ учитывайте поляризацию света и выборочные правила $\Delta m=\{0,\pm 1\}$.
- Гиперточечная структура и изотопные сдвиги: hyperfine энергия
$$E_{\mathrm{hfs}}=\frac{A}{2}[F(F+1)-I(I+1)-J(J+1)].$$
- Коэрентные явления: оптическая ориентация/оптическое накачивание, когерентное население (CPT), электромагнитно индуцированная прозрачность (EIT), Раби‑осцилляции с частотой
$$\Omega =\frac{\mu E}{\hslash }.$$
- Столкновительно‑индуцированные процессы: смешение линий (line mixing), перераспределение интенсивности, квадратичные сдвиги, квэнчинг уровней, зависят от давления и состава газа/плазмы.
- Внутренние процессы и деградация энергии: Аугер‑распад, внутреннее фотоэлектронное расщепление — дают широкие смешанные фоны и сателлитные линии.
- Зарядообмен, рекомбинация и возбуждение электронами/ионизация: порождают спутниковые линии и континуум; важно для плазменных/ионных сред.
- Тепловое (чёрнотельное) возбуждение и намагниченное/полевое распределение уровней (температура электронов/ионов влияет на население уровней).
- Инструментальные и лазерные артефакты: собственная ширина и спектр лазера, фазовая модуляция/чивер, боковые полосы, модуляции частоты/амплитуды; учитывайте профиль прибора при деконволюции сигнала.
Рекомендации по диагностике (кратко): проверить зависимость интенсивности линии от $I$ (проверка многофотонности/насыщения), от давления (коллизии), от температуры (допплер), от $B$- и $E$-поля (Zeeman/Stark), и от поляризации — это позволит отделить перечисленные механизмы и подобрать модель (Voigt, Fano, power‑broadened Lorentzian и т.д.).