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由于处于激发态的原子的不稳定性，它会短时间内跃迁至基态，并辐射出光谱。则跃迁几率与能级i和m的关系式为：
（2.11）
则原子跃迁产生的谱线强度 为：
（2.12）
将公式（2.10）带入（2.12），得到原子发射谱线强度为：
（2.13）
式中，Iim为能级i与m之间的跃迁产生的谱线强度；gi和g0分别为激发态和基态的统计权重；Aim为i与m二能级之间的跃迁几率；vim为跃迁产生的谱线的频率。
对于同种原子的两条谱线而言，可推出同种原子的两条谱线的强度比为：
（2.14）
式中， 和 为两条波长分别是 和 的相对光谱强度； 和 分别为两条谱线的跃迁几率； 和 分别为两条谱线激发态的统计权重； 和 分别为两条谱线的激发电位； 为玻尔兹曼常数； 为激发温度。
考虑到整套系统的光传递系数，需将（ / ）乘上一个系数加以校正，并对公式（2.14）两边取对数，得到：
（2.15）
式中 、 、 均为与受激原子及谱线波长 有关的常数，故令
， （2.16）
则从公式（2.15）得到原子发射光谱每两条谱线的基本公式为：
（2.17）
式中，T为待测温度，A和B是综合考虑了原子的特性、波长以及系统的光传递系数等因素后的特定常数，可以通过对全套系统进行温度标定的方法进行确定， 和 为两条波长分别为 和 的光谱线的强度，由试验测得 和 （即数采所记录的两个通道电压信号），便可以通过公式（2.17）求得火焰温度。
（3）激光光谱测温技术
激光光谱测温技术的基本原理是跟粒子数分布和温度有关的玻耳兹曼方程。以下为几种具体的测温方法：
①激光荧光光谱测温法[15]
激光照射待测样品时，其分子会被激发到一个特定的能级上，该能级会向有选择的低能级自发辐射产生光谱，而这个特定能级的粒子数分布满足玻耳兹曼定律，只要测出了分布数，就可以根据定律确定出温度，从而实现对温度的测量。
② 拉曼光谱测温法[16]
不同温度下，不同能级分布的粒子数不同，粒子在两个能级间跃迁时会发生拉曼散射，因为两组散射光强的比值随温度而变化，通过测量这个比值就可以对温度进行测量。
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