J. Phys. France 47, 417-425 (1986)
DOI: 10.1051/jphys:01986004703041700

Rotational collisional line broadening at high temperatures in the N2 fundamental Q-branch studied with stimulated Raman spectroscopy

B. Lavorel¹, G. Millot¹, R. Saint-Loup¹, C. Wenger¹, H. Berger¹, J.P. Sala², J. Bonamy² et D. Robert<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Spectronomie Moléculaire , 6, Bd Gabriel, Université de Bourgogne, 21100 Dijon, France
²  Laboratoire de Physique Moléculaire, Université de Franche-Comté, 25030 Besançon, France

Abstract
Self broadened N2 Q-branch spectra are measured by high resolution stimulated Raman spectroscopy in the pressure region 0.25-1.9 atm. and in the temperature range 295-1310 K. Non additivity of the Q(J) components due to line overlap arising in the highest pressure range explored is carefully taken into account. Excellent fit of the whole spectra is thus obtained for each pressure with linearly density-dependent line widths. Semi-classical calculations of the line broadening coefficients lead to consistent values with all the measured ones. These calculations are extended to higher J values and to higher temperatures (up to 2 500 K). At last, a simple phenomenological model based on a polynomial inverse energy gap law for the rotational energy transfer rates is used to predict high temperature line widths. These predicted line widths are compared with those calculated α priori.

Résumé
Les spectres de la branche Q de N2 pur sont enregistrés par spectroscopie Raman stimulée à haute résolution dans le domaine de pression 0,25-1,9 atm. et dans le domaine de température 295-1 310 K. La nonadditivité des composantes Q(J) due au recouvrement des raies, se produisant pour les plus fortes pressions explorées, est soigneusement prise en compte. Une excellente reproduction du profil enregistré est ainsi obtenue à chaque pression, ce qui conduit bien à une dépendance linéaire en densité des largeurs de raie. Un calcul semi-classique des coefficients d'élargissement des raies conduit à des valeurs en bon accord avec l'ensemble des valeurs mesurées. Ce calcul est étendu à des valeurs de J plus grandes et à des températures plus élevées (jusqu'à 2 500 K). Enfin, un modèle phénoménologique simple basé sur une loi polynomiale, en puissance inverse des écarts d' énergie, pour les taux de transfert d'énergie rotationnelle est utilisé pour déduire les largeurs de raie à haute température. Les largeurs ainsi obtenues sont comparées à celles calculées α priori.

PACS
3320S - Rotational analysis.
3320F - Raman and Rayleigh spectra (including optical scattering).
3370J - Line and band widths, shapes, and shifts.
3450E - Rotational and vibrational energy transfer.

Key words
molecular rotational vibrational energy transfer -- molecular spectral line breadth -- nitrogen -- Raman spectra of diatomic inorganic molecules -- stimulated Raman scattering