On the theory of linear absorption line shapes in gases

A detailed theory of the line shape in linear absorption spectroscopy of low-pressure gases is developed. The goal is to take into account all effects that come into play in the determination of Boltzmann's constant from measurements of the Doppler width. We demonstrate that there is no additional broadening from finite transit time across the laser beams. The molecular recoil and the second-order Doppler effect are included in the line shape thanks to a complete quantum treatment. The Mössbauer–Lamb–Dicke narrowing of Doppler lines by collisions is also included and the special cases of Galatry and Nelkin–Ghatak profiles are presented. To cite this article: C.J. Bordé, C. R. Physique 10 (2009).

RésuméUne théorie détaillée de la forme des raies d'absorption linéaire des gaz à basse pression est développée. L'objectif est de mieux cerner tous les effets susceptibles d'intervenir dans la détermination de la constante de Boltzmann à partir d'une mesure de la largeur Doppler. On démontre en particulier qu'il n'y a pas d'élargissement supplémentaire lié au temps fini de traversée du faisceau laser par les molécules. Les effets de recul et Doppler du deuxième ordre sont intégrés dans la forme de raie grâce à un traitement quantique complet. L'effet Mössbauer–Lamb–Dicke de rétrécissement des raies Doppler par les collisions est lui aussi incorporé dans la théorie avec comme cas particuliers les profils de Galatry et de Nelkin–Ghatak. Pour citer cet article : C.J. Bordé, C. R. Physique 10 (2009).