16.8四个维度.ppt

大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 三 四个量子数 表征电子的运动状态 1 主量子数n 1 2 3 2 副量子数l 0 1 2 n 1 3 磁量子数ml 0 1 2 l 4 自旋磁量子数ms 1 2 1 2 大体上决定了电子能量 决定电子的轨道角动量大小 对能量也有稍许影响 决定电子轨道角动量空间取向 决定电子自旋角动量空间取向 16 8原子的电子壳层结构 一 原子的电子壳层结构 二 泡利不相容原理 1925年 在一个原子中 不能有两个或两个以上的电子处在完全相同的量子态 即它们不能具有一组完全相同的量子数 n l ml ms 容纳电子的最大数目 原子处于正常状态时 每个电子都趋向占据可能的最低能级 三 能量最小原理 能级高低 4s能级低于3d能级 D n 0 7l 部分原子的电子排列 N 玻尔 M 玻恩 W L 布拉格 L V 德布罗意 A H 康普顿 M 居里 P A M狄喇克 A 爱因斯坦 W K 海森堡 郞之万 W 泡利 普朗克 薛定谔等 第五次索尔维会议与会者合影 1927年 关于量子理论的争论 量子物理 一 几个概念 热辐射 单色辐出度 黑体 斯特藩定律 维恩定律 普朗克量子假说 二 光电效应 红限 截止电压 三 康普顿散射 四 氢原子光谱 能量 角动量 角动量在外磁场的投影 五 波粒二相性 六 不确定关系 七 波函数 物理意义 概率密度 满足条件 八 薛定谔方程 九 电子自旋 频率条件 19 7激光 Laser lightamplificationbystimulatedemissionofradiation 一 光的吸收与辐射 1 自发辐射 高能级上的粒子数 自发辐射系数 2 受激辐射 单位时间内发生受激辐射的粒子数 单位时间内发生自发辐射的粒子数 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 I 入射单色光光强 B 受激辐射系数 3 受激吸收 单位时间内发生受激吸收的粒子数 B 受激吸收系数 平衡时 B B 统称为爱因斯坦系数 它们与原子本身的性质有关 二 粒子数反转和光放大 光强变化 若介质处于粒子数反转态 光在其中传播时得以放大 说明 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 1 粒子数反转 增益介质 经过介质薄层 光强增量为 I0 2 增益系数 实现粒子数反转的条件 1 增益介质 处于粒子数反转态的介质 光传播时被放大 2 激励 抽运 系统 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 G 增益系数 在增益介质内 光强I随传播距离按指数增加 电子 亚稳态 例He Ne激光器中Ne气粒子数反转态的实现 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 一 激光器的基本构成及激光的形成 19 8激光器的基本构成激光的形成 激励能源 增益介质 谐振腔 全反射镜 部分反射镜 99 谐振腔 增益介质 激励能源 1 基本构成部分 2 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 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 二 谐振腔的作用 增益介质 2 限定光的方向 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 3 选择光振荡的频率 驻波条件 I0eGL r1I0eGL r1I0e2GL 1 延长增益介质 r2 r1 I0 增益介质 4 阈值条件 r1r2I0e2GL 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 要实现激光 应满足粒子数反转和阈值条件 高压直流电源 电子经电场加速后 与He碰撞 处于激发态的He与Ne碰撞 把能量传递给Ne 使它在亚稳态 3s 2s 和激发态 3p 2p 之间形成反转分布 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 氦氖激光器 三 几种常见的激光器 1 气体激光器 红宝石 触发 2 固体激光器 工作物质 红宝石中的Cr 3 激励能源 脉冲氙灯 脉冲氙灯发出的光照射红宝石 使得Cr 3在亚稳态和基态之间形成反转分布 椭圆柱面 脉冲氙灯 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 红宝石激光器 3 半导体激光器 4 液体激光器 新型激光器还有自由电子激光器 准分子激光器 离子激光器等 光在谐振腔内来回反射 相干叠加 只有形成驻波的光才能振荡 振荡纵模 纵模间隔 纵模个数 19 9激光的纵模和横模 vk vk 1 vk N个纵模 单模线宽 辐射线宽 vc 一 纵模 振荡频率 k 1 2 3 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 二 横模 光束横截面上的光强的稳定分布 激光束横截面上几种光斑图形 大学物理 西安交通大学理学院王瑞敏 1 高定向性 激光发散角极小 2 高单色性 能量集中在很窄的频率范围 太阳表面亮度约103W cm 2 sr 1大功率激光