宇称—原子状态的奇偶性态课件

§5.5多电子原子的光谱一.辐射跃迁的普用选择定则对单电子原子，电偶极跃迁只能发生在奇宇称量子态与偶宇称量子态之间，宇称守恒。单电子辐射跃迁的选择定则：宇称—原子状态的奇偶性态。多电子原子的宇称由原子的电子组态确定。原子中各电子的l量子数偶性态奇性态电子组态的宇称：电偶极跃迁光子的宇称为-1普遍的选择定则：跃迁只能发生在不同的宇称之间。偶性态奇性态

电偶极跃迁中,通常观测的是单电子跃迁的光谱，即电子组态中只有一个电子的量子态发生了改变。自旋角动量不变L-S耦合j-j耦合

单层能级之间跃迁产生一组谱线两套能级之间一般不产生跃迁！主线系：第二辅线系：第一辅线系：基线系：三层能级之间的跃迁产生一组复杂结构的谱线主线系：第二辅线系：第一辅线系：基线系：

三.其它第二族元素原子的光谱和能级碱土金属元素的光谱和能级很相似，有两套能级，两套光谱。v单态与三态之间一般没有跃迁，但有例外：v三重态的最低能级是而不像He是v电离电势和激发电势较低

?存在两个亚稳态P2和P03336s6p的33汞原子能级图

四.复杂原子光谱的一般规律?位移定律具有原子序数Z的中性原子的光谱和能级，同具有原子序数Z+1的原子一次电离后的光谱和能级很相似—光谱和能级的位移定律。?多重性的交替律元素周期表中相邻元素原子的能级多重数呈奇偶交替变化—原子能级多重性的交替律。

?多价电子的原子态任何原子的状态，都可以看作它的一次电离的离子加一个电子形成的。而它的一次电离离子的状态同按周期表顺序前一个元素的状态相似，所以有前一个元素的状态可推知后继元素的状态。?L-S耦合?j-j耦合对三个或三个以上价电子的原子，洪特定则，朗德间隔特定则仍有效。对同科电子仍需考虑泡利原理。同一次壳层由同科电子构成。同科s电子最多只能有2个，同科p电子最多6个，同科d电子最多10个，…

?多个电子同时激发到高能级?双里德伯态原子：现在应用激光技术，将两个电子同时激发到高能级。?行星原子：将3个或更多的外层电子激发到高能级上。?自电离态：由于原子中有两个或两个以上的电子被激发，激发态的能量可能超过原子的第一电离能，这时可以通过放出一个正能量的电子跃迁到离子的低激发态或基态。原子的自电离态能级是叠加在原子连续谱背景上的离散能级。¨空心原子：内壳层是完全空的，例如氦原子的内空原子的电子组态为2s2p，锂的内空原子的电子组态为2s2p。2

§4.5激光原理一.原子的激发?原子与其它粒子的碰撞弹性碰撞夫兰克—赫兹实验中，…第一类非弹性碰撞非弹性碰撞一个处于激发态的原子与另一个处于基态的原子相碰，…第二类非弹性碰撞n654发射吸收只有发生非弹性碰撞时才可能使原子激发。巴耳末系的发射与吸收3?光激发(辐射激发)2吸收发光共振吸收1

?热激发原子的能量分布E3E2达到热平衡状态时(T)，各状态的原子数若能级是g重简并的E1iT

试分别估计室温(300K)和6000K的高温下，处于第一激发态的氢原子数与处于基态原子数之比。例解发光不可能可能处于激发态原子的绝对数并不小。

二.原子的辐射与吸收自发辐射EE自发辐射系数2?原子的自发辐射dt时间内，状态2→状态11表示一个原子在单位时间内由状态2自发跃迁到状态1的几率。原子的平均寿命：

?原子的受激辐射与吸收(1917年Einstein提出，并成功的导出黑体辐射公式)受激吸收辐系数受激辐射系数受E2E1E2E1受激激吸收射具有频率n的辐射密度考虑到自发辐射设空腔内，辐射与原子的相互作用达到平衡

自发受激辐射辐射光波的频率相位偏振态无关全同

二.激光原理?粒子数反转和光放大受激吸收受激辐射自发辐射-rNB+rNB介质中的光强I忽略n1n2光强I的变化热平衡状态介质说明粒子数反转态若介质处于粒子数反转态，光在其中传播时得以放大。采用光泵浦方法。

例He-Ne（5:1或10:1）激光器中Ne气粒子数反转态的实现

?激活介质中光强随传播距离的变换关系激活介质：处于粒子数反转态的介质。光传播时被放大。经过介质薄层,光强增量为激活介质III+dI0II0dzG–光增益系数zoz说明在增益介质内，光强I随传播距离按指数增加。

?激光器的基本构成激光的形成?基本构成部分谐振腔激活介质谐振腔，工作物质(激活介质)，激励能源。全反射镜部分反射镜(99?)激励能源?激光的形成光束在谐振腔内来回震荡，在增益介质中的传播使光得以放大，并输出激光。

?谐振腔的作用1.限定光的方向增益介质沿轴线的光在增益介质内来回反射，连锁放大，输出形成激光。其它方向的光很快逸出谐振腔。2.选择光振荡的频率（驻波条件）增益介质I0eGL延长增益介质阈值条

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