第一章激光的基本原理11.pptVIP

讨论 2.受激吸收 定义：处于低能级E1的原子在频率为?的辐射场作用下，吸收一个能量为h? 的光子并向E2能级跃迁的过程称为受激吸收跃迁。 七、A21、B12、B21的关系 所谓互补组态是指满足： (nl)x与 (nl)2(2l+1)-x关系的组态， 如p1与p5, p2与p4, d1与d5,d3与d7等组态.因为前者的电子数与后者的空穴数相等（反之亦然），光谱项必然相同。但应注意，基支项并不相同。 互补组态具有相同的谱项 4 原子光谱项对应的能级 原子光谱项对应的能级可以用Hund(洪特)规则来确定: Hund 第一规则：同一组态中，S最大的光谱项（多重度最高）能级最低；S值相同时，L值最大者，能级最低。 Hund 第二规则：L及S值相同时，电子数少于或等于半充满时，J越小，能级越低，若电子数多半充满时，J越大，能级越低。 Hund规则适用范围是：(1) 由基组态而不是激发组态求出的谱项；(2) 只用于挑选出基谱项，而不为其余谱项排序！ 5 原子光谱跃迁选择定则 原子光谱是电子在原子能级之间的跃迁产生的，但并不是所有能级之间均可以随便发生跃迁，必须遵从某些规则，即选择定则. 多电子原子光谱的选择定则（也称跃迁选律）为： ?S = 0; ?L = 0,±1;(从L = 0到L = 0禁阻) ?J = 0,±1; (但从J = 0到J = 0禁阻) ?mJ = 0,±1;(当?J = 0时，从mJ = 0到mJ = 0禁阻) (np2) 1S 1D 3P 1S0 1D2 3P2 3P1 3P0 mJ=0 mJ=2 mJ=0 1 0 -1 -2 mJ=2 1 0 -1 -2 mJ=1 0 -1 (np)2 组态光谱项 谱项: 分别考虑电子的轨道和自旋的作用 支谱项: 考虑轨道和自旋的偶合作用 微能态: 磁场中的Zeeman效应 组态: 不考虑电子的相互作用 (1) 在不违反Pauli原理前提下，将电子填入轨道，首先使每个电子ms尽可能大，其次使ml也尽可能大； (2) 求出所有电子的ms之和作为S，ml之和作为L； (3) 对少于半充满者，取J=L-S；对多于半充满者，取J=L+S. 6 一种推求基谱项的简便方法 2 1 0 -1 -2 L-S =2 d2 3F2 1s22s22p2 L-S =0 1 0 -1 C 3P0 [Ar]3d104s24p5 L+S =3/2 Br 1 0 -1 2P3/2 1S0 2P3/2 3P2 4S3/2 2S1/2 基谱支项 Ne F O N H 原子 二、 简并　简并态 1.简并 —— 与同一能级对应的有两个或以上的状态 2.简并度f——同一能级所对应的不同电子运动状态 的数目(单个状态内的平均光子数)。 3.简并态—— 同一能级的各状态称简并态 例：计算1s和2p态的简并度 原子状态 n l ml ms 简并度 1s 1 0 0 f1=2 2p 2 1 1 0 -1 f2=6 三、玻耳兹曼分布及粒子数反转 1. 玻耳兹曼分布(热平衡分布) 热平衡状态下, 处于某一能级Ei的粒子数密度ni(单位体积内的粒子数,常简称粒子数)为 其中: T---热平衡时的绝对温度 ni --- 处在能级Ei的原子数 f i--- 能级Ei的简并度 kb---玻耳兹曼分布常数 ∴ 能级E2与E1粒子数密度之比为(通常设E2＞E1): 讨论(设f i= f j) : (1)如果E2 - E1很小,且满足 △E = E2 - E1＜＜kbT,则 E2 E1 E2 E1 (3)若E1为基能级且E2距E1较远, 即 E2－E1较大, 则 n2 ＜＜n1 结论: 热平衡状态下, 绝大多数粒子处于基态 (2) 因E2＞E1,一般有n2＜n1(因为f1和f2为同一数量级即f1≈f2) 即 热平衡状态下, 高能级上的粒子数密度总是较小。 T o Ei E n ni 2. 粒子数反转 Population inversion 热平衡时，有： 为粒子数的正常分布 在激光器的工作物质中，由于泵浦的作用，可以出现粒子数反转的状态： 实现粒子数反转是产生激光的必要条件。 室温时与热能kT相对应的能隙为 其频率为 对应波长为 因此，对于任何跃迁频率位于近红外 和可见光区域的能隙来说，上能级的原子数都比下能级的少得多 在红宝石中，基能级和激光上能级之间被与波长 相应的能隙隔开，代入数据可算出 四、 辐射跃迁和非辐射跃迁 1.跃迁: 粒子由一个能级过