El ensanchamiento homogéneo es un tipo de ensanchamiento del espectro de emisión en el que todos los átomos que irradian desde un nivel específico bajo consideración irradian con la misma oportunidad. [1] Si un emisor óptico (por ejemplo, un átomo) muestra un ensanchamiento homogéneo, su ancho de línea espectral es su ancho de línea natural, con un perfil lorentziano .
El ensanchamiento en la física láser es un fenómeno físico que afecta la forma de la línea espectroscópica del perfil de emisión láser. La emisión láser se debe a la (excitación y posterior) relajación de un sistema cuántico (átomo, molécula, ion, etc.) entre un estado excitado (más alto en energía) y uno más bajo. Estos estados pueden considerarse como los estados propios del operador de energía. La diferencia de energía entre estos estados es proporcional a la frecuencia/longitud de onda del fotón emitido. Dado que esta diferencia de energía tiene una fluctuación, entonces la frecuencia/longitud de onda de la "emisión macroscópica" (el haz) tendrá un cierto ancho (es decir, se "ensanchará" con respecto a la emisión perfectamente monocromática "ideal").
Dependiendo de la naturaleza de la fluctuación, puede haber dos tipos de ensanchamiento. Si la fluctuación en la frecuencia/longitud de onda se debe a un fenómeno que es el mismo para cada emisor cuántico, hay ensanchamiento homogéneo, mientras que si cada emisor cuántico tiene un tipo de fluctuación diferente, el ensanchamiento es no homogéneo .
Ejemplos de situaciones en las que la fluctuación es la misma para cada sistema (ensanchamiento homogéneo) son el ensanchamiento natural o de duración de vida y el ensanchamiento por colisión o por presión . En estos casos, cada sistema se ve afectado "en promedio" de la misma manera (por ejemplo, por las colisiones debidas a la presión).
La situación más frecuente en sistemas de estado sólido donde la fluctuación es diferente para cada sistema ( ensanchamiento no homogéneo ) es cuando debido a la presencia de dopantes , el campo eléctrico local es diferente para cada emisor, y por lo tanto el efecto Stark cambia los niveles de energía de una manera no homogénea. La línea de emisión ensanchada homogénea tendrá un perfil lorentziano (es decir, se ajustará mejor a una función lorentziana), mientras que la emisión ensanchada no homogénea tendrá un perfil gaussiano . Uno o más fenómenos pueden estar presentes al mismo tiempo, pero si uno tiene una fluctuación más amplia, será el responsable del carácter del ensanchamiento.
Estos efectos no se limitan a los sistemas láser, ni siquiera a la espectroscopia óptica. También son relevantes en la resonancia magnética , donde el rango de frecuencia está en la región de radiofrecuencia para RMN , y también se pueden mencionar estos efectos en la EPR , donde la forma de línea se observa a una frecuencia fija ( microondas ) y en un rango de campo magnético .
En un semiconductor , si todas las oscilaciones tienen la misma frecuencia propia y el ensanchamiento en la parte imaginaria de la función dieléctrica resulta solo de una amortiguación finita , se dice que el sistema está ensanchado homogéneamente y tiene un perfil lorentziano . Sin embargo, si el sistema contiene muchos osciladores con frecuencias ligeramente diferentes , entonces el sistema está ensanchado de manera no homogénea . [2]
