Existuje řada efektů, které ovlivňují tvar spektrální čáry. Spektrální čára se rozprostírá v rozsahu frekvencí, nikoliv na jediné frekvenci (tj. má nenulovou šířku čáry). Kromě toho může být její střed posunutý od nominální střední vlnové délky. Důvodů pro toto rozšíření a posun je několik. Tyto důvody lze rozdělit do dvou obecných kategorií – rozšíření v důsledku místních podmínek a rozšíření v důsledku rozšířených podmínek. Rozšíření v důsledku místních podmínek je způsobeno účinky, které se projevují v malé oblasti kolem vyzařujícího prvku, obvykle dostatečně malé, aby byla zajištěna místní termodynamická rovnováha. Rozšíření v důsledku rozšířených podmínek může být důsledkem změn spektrálního rozložení záření při jeho cestě k pozorovateli. Může být také důsledkem kombinace záření z několika oblastí, které jsou od sebe vzdáleny.

Rozšíření v důsledku místních vlivůEdit

Přirozené rozšířeníEdit

Doba života excitovaných stavů vede k přirozenému rozšíření, známému také jako rozšíření doby života. Princip neurčitosti spojuje dobu života excitovaného stavu (v důsledku spontánního radiačního rozpadu nebo Augerova procesu) s neurčitostí jeho energie. Krátká doba života bude mít velkou nejistotu energie a širokou emisi. Výsledkem tohoto efektu rozšíření je neposunutý Lorentzův profil. Přirozené rozšíření lze experimentálně změnit pouze do té míry, že lze uměle potlačit nebo zvýšit rychlost rozpadu.

Tepelné dopplerovské rozšířeníUpravit

Atomy v plynu, které vyzařují záření, budou mít rozložení rychlostí. Každý emitovaný foton bude „červeně“ nebo „modře“ posunut Dopplerovým jevem v závislosti na rychlosti atomu vůči pozorovateli. Čím vyšší je teplota plynu, tím širší je rozložení rychlostí v plynu. Protože spektrální čára je kombinací veškerého emitovaného záření, čím vyšší je teplota plynu, tím širší je spektrální čára emitovaná tímto plynem. Tento efekt rozšíření je popsán Gaussovým profilem a není s ním spojen žádný posun.

Tlakové rozšířeníEdit

Přítomnost blízkých částic ovlivní záření emitované jednotlivou částicí. Existují dva mezní případy, kterými k tomu dochází:

• Nárazové tlakové rozšíření nebo kolizní rozšíření: Srážka jiných částic s částicí emitující světlo přeruší proces emise a zkrácením charakteristického času pro tento proces zvýší nejistotu emitované energie (jak k tomu dochází při přirozeném rozšíření). Doba trvání srážky je mnohem kratší než doba života emisního procesu. Tento efekt závisí jak na hustotě, tak na teplotě plynu. Efekt rozšíření je popsán Lorentzovým profilem a může dojít k souvisejícímu posunu.
• Kvazistatické tlakové rozšíření: Přítomnost jiných částic posouvá energetické hladiny v emitující částici, čímž se mění frekvence emitovaného záření. Doba trvání tohoto vlivu je mnohem delší než doba života emisního procesu. Tento účinek závisí na hustotě plynu, ale je poměrně necitlivý na teplotu. Tvar profilu čáry je určen funkčním tvarem rušivé síly vzhledem ke vzdálenosti od rušivé částice. Může také dojít k posunu středu čáry. Obecným výrazem pro tvar čáry vyplývající z kvazistatického tlakového rozšíření je čtyřparametrové zobecnění Gaussova rozdělení známé jako stabilní rozdělení.

Tlakové rozšíření lze také klasifikovat podle povahy rušivé síly takto:

• Lineární Starkovo rozšíření vzniká prostřednictvím lineárního Starkova jevu, který je výsledkem interakce zářiče s elektrickým polem nabité částice ve vzdálenosti r {\displayystyle r}.
  

  , což způsobuje posun energie, který je lineární v intenzitě pole. ( Δ E ∼ 1 / r 2 ) {\displaystyle (\Delta E\sim 1/r^{2})}

  
• K rezonančnímu rozšíření dochází, když je rušivá částice stejného typu jako částice emitující, což zavádí možnost procesu výměny energie. ( Δ E ∼ 1 / r 3 ) {\displaystyle (\Delta E\sim 1/r^{3})}
  
• Ke kvadratickému Starkovu rozšíření dochází prostřednictvím kvadratického Starkova jevu, který je výsledkem interakce zářiče s elektrickým polem a způsobuje posun energie, který je kvadratický v intenzitě pole. ( Δ E ∼ 1 / r 4 ) {\displaystyle (\Delta E\sim 1/r^{4})}
  
• K Van der Waalsovu rozšíření dochází, když je emitující částice rušena Van der Waalsovými silami. Pro kvazistatický případ je při popisu profilu často užitečný Van der Waalsův profil. Energetický posun v závislosti na vzdálenosti je dán v křídlech např. pomocí Lennardova-Jonesova potenciálu. ( Δ E ∼ 1 / r 6 ) {\displaystyle (\Delta E\sim 1/r^{6})}
  

nehomogenní rozšířeníEdit

Homogenní rozšíření je obecný termín pro rozšíření, protože některé emitující částice se nacházejí v jiném lokálním prostředí než ostatní, a proto emitují na jiné frekvenci. Tento termín se používá zejména u pevných látek, kde povrchy, hranice zrn a změny stechiometrie mohou vytvářet různá lokální prostředí pro daný atom. V kapalinách se vliv nehomogenního zúžení někdy snižuje procesem nazývaným pohybové zúžení.

Zúžení v důsledku nelokálních efektůEdit

Některé typy zúžení jsou výsledkem podmínek ve velké oblasti prostoru, nikoliv pouze podmínek, které jsou lokální pro emitující částici.

Rozšíření v důsledku opacityEdit

Elektromagnetické záření emitované v určitém bodě prostoru může být při své cestě prostorem znovu pohlceno. Tato absorpce závisí na vlnové délce. Čára se rozšiřuje, protože fotony ve středu čáry mají větší pravděpodobnost zpětného pohlcení než fotony na křídlech čáry. Ve skutečnosti může být zpětná absorpce v blízkosti středu čáry tak velká, že způsobí samoobrácení, při kterém je intenzita ve středu čáry menší než v křídlech. Tento proces se také někdy nazývá samoabsorpce.

Makroskopické dopplerovské rozšířeníEdit

Záření emitované pohybujícím se zdrojem podléhá Dopplerovu posunu v důsledku konečné projekce rychlosti na přímce. Pokud mají různé části vyzařujícího tělesa různé rychlosti (podél přímky viditelnosti), výsledná čára se rozšíří, přičemž šířka čáry je úměrná šířce rozdělení rychlostí. Například záření vyzařované ze vzdáleného rotujícího tělesa, jako je hvězda, bude rozšířené v důsledku změn rychlostí na přímce viditelnosti na opačných stranách hvězdy. Čím větší je rychlost rotace, tím širší je čára. Dalším příkladem je implodující obal plazmatu v Z-pinči.

Radiační rozšířeníEdit

Radiační rozšíření spektrálního absorpčního profilu nastává proto, že on-rezonanční absorpce ve středu profilu je nasycena při mnohem nižších intenzitách než mimorezonanční křídla. Proto s rostoucí intenzitou roste absorpce v křídlech rychleji než absorpce ve středu, což vede k rozšíření profilu. K radiačnímu rozšíření dochází i při velmi nízkých intenzitách světla.

Kombinační účinkyEdit

Každý z těchto mechanismů může působit samostatně nebo v kombinaci s jinými. Za předpokladu, že každý účinek je nezávislý, je pozorovaný profil čáry konvolucí profilů čar jednotlivých mechanismů. Například kombinace tepelného Dopplerova rozšíření a rozšíření vlivem nárazového tlaku dává Voigtův profil.

Různé mechanismy rozšíření čar však nejsou vždy nezávislé. Například srážkové efekty a pohybové Dopplerovy posuny mohou působit koherentně, což za určitých podmínek vede dokonce ke srážkovému zúžení, známému jako Dickeho efekt.

.