1.2 原子能级和辐射跃迁 激光原理及应用 [电子教案]电子课件
合集下载
原子的能级和辐射培训课件.ppt
赖曼系
R（H 112
1） n2
，
巴耳末系
R（H
1 22
1） n2
n 2 ，3，4 n 3，4 ，5
精品
从能级图上看跃迁产生的谱线情况可知，谱线系间有一个整 体差距，差别较大，形成了紫外、可见光、红外、近红外、远 红外区的线系。
同一线系内也是同样的道理，能级间隔大的，产生高频（短 波）谱线，能级间隔小的，产生低频（长波）谱线，随n的增加 相邻能级的间距减小，向比它们低的同一能级跃迁时产生的辐 射频率（波长）间距减小，谱线密集。
精品
四、氢原子的能级和电子轨道半径
1、电子轨道半径
由
ze2
4 0 r 2
2
m r
2 r m nh ， n 1，2 ，3
可得
r
4 0 h2 4 2me2
n2 z
， n 1，2 ，3
可见，r 由n决定，n称为主量子数
令 a1
4 0 h2 4 2me2
=0.529166×10-10 米
精品
三、光谱仪的工作原理
L2
L3
L1
I
每一条确定的谱线都对应于一个确定波长的光，可用已知波长 的光的光谱与之比较，就可知道各谱线的波长。从浓度可以定 出强弱
精品
四、光谱的类别
从谱线的形状来分，光谱可分三类:线状、带状、连续
1、线状光谱：谱线是一条一条的，彼此分明的细线。因为每
一条谱线代表一个波长成分，谱线是一条一条的，彼此分明的，
P
mr
n h
2
h
2
1.05461034 焦耳·秒
原子的能级和辐射课件
1、定态假设
电子围绕原子核的运动处于一些能量具有确定值的稳定
状态，称为定态，其相应的能量分别为E1 ， E2 ， E3……（ E1 < E2 < E3 ）
§2.3 Bohr的氢原子理论
2、频率法则
原子中的电子从一个定态到另一个定态的变化是跳跃
式的，称为跃迁．
h E n E m En Em h
v m -e r +Ze
令r = ∞时，Ep = 0
E Ek E p 1 1 Ze 2 2 mv 2 4 0 r 1 Ze 2 Ze 2 ( ) 4 0 2 r r 1 Ze 2 4 0 2r
电子轨道运动的频率
f
v e 2r 2
Z 40 mr 3
2
Balmer系
27419
-hcR/4
1
Lyman 系
109677
-hcR
§2.3 Bohr的氢原子理论
（3）氢原子电子轨道半径与能级的特点 随着主量子数n的增加 i）轨道半径增大，半径间距增大 ii）能级的绝对值减小，能级间距减小
§2.3 Bohr的氢原子理论
例：试估算处于基态的氢原子被能量为12.09eV的光子激发时，
n 3 , 4 ,5
（2 ）
其中，RH = 1.0967758×107m-1，称为Rydberg常数
~ RH 当 n→∞， （线系限的波数） 2 2
§2.2 氢原子光谱的实验规律
二、氢原子的其它谱线系
1、线系
Lyman系 Balmer系 Paschen系 Brackett系 Pfund系
En 13.6 eV 2 n
E1 13.6eV , 当n=1时，
激光原理与应用讲教学课件
规定使用场所
激光设备应在指定的、安全的场所使用，并确保该场所没有其他人 员或物体受到激光的潜在危害。
规定操作流程
使用激光设备前，必须阅读并理解操作手册，并按照手册中的步骤 进行操作。任何违反操作流程的行为都可能导致严重的后果。
定期检查和维护
激光设备应定期进行检查和维护，以确保其处于良好的工作状态，并 消除任何潜在的安全隐患。
亮度高
激光的能量密度很大，亮 度高，可以在很短的时间 内集中很大的能量
激光的分 类
按工作物质分类 气体激光器、液体激光器、固体激光 器、化学激光器和自由电子激光器等
按输出波长分类
远红外激光器、近红外激光器、可见 激光器、紫外激光器、X射线激光器 和超短激光器等
材料加工
01
02
利用激光的高能量密度，实现金属和非金属材料的切割、 焊接、打孔等。
应用：汽车制造、航空航天、电子制造。
03
04
激光快速成型
利用激光制造三维物体，具有速度快、精度高、成本低 等优点。
05
06
应用：产品原型制造、医疗器械制造。
04 激光技术的前沿 与展望
高功率激光技 术
总结词
高功率激光技术是目前激光领域的前沿技术之一，是推动激光技术进步的重要力 量。
激光原理与应用教学课件
contents
目录
• 激光原理概述 • 激光原理的基本概念 • 激光器件及应用 • 激光技术的前沿与展望 • 激光安全与防护
01 激光原理概述
激光的产生
激光是受激辐射光放大的简称，是原子或分子中的电子在吸收能量后，从低能级跃 迁到高能级，再从高能级回落到低能级时，释放的能量以光子的形式放
详细描述
光纤激光器利用光纤作为增益介质，具有体积小、散热效果好、易于维护等优点。同时，光纤激光器的光束质量 也优于传统固体激光器，能够实现更远距离的传输和更好的聚焦效果。目前，光纤激光器已经被广泛应用于工业、 医疗、军事等领域。
激光设备应在指定的、安全的场所使用，并确保该场所没有其他人 员或物体受到激光的潜在危害。
规定操作流程
使用激光设备前，必须阅读并理解操作手册，并按照手册中的步骤 进行操作。任何违反操作流程的行为都可能导致严重的后果。
定期检查和维护
激光设备应定期进行检查和维护，以确保其处于良好的工作状态，并 消除任何潜在的安全隐患。
亮度高
激光的能量密度很大，亮 度高，可以在很短的时间 内集中很大的能量
激光的分 类
按工作物质分类 气体激光器、液体激光器、固体激光 器、化学激光器和自由电子激光器等
按输出波长分类
远红外激光器、近红外激光器、可见 激光器、紫外激光器、X射线激光器 和超短激光器等
材料加工
01
02
利用激光的高能量密度，实现金属和非金属材料的切割、 焊接、打孔等。
应用：汽车制造、航空航天、电子制造。
03
04
激光快速成型
利用激光制造三维物体，具有速度快、精度高、成本低 等优点。
05
06
应用：产品原型制造、医疗器械制造。
04 激光技术的前沿 与展望
高功率激光技 术
总结词
高功率激光技术是目前激光领域的前沿技术之一，是推动激光技术进步的重要力 量。
激光原理与应用教学课件
contents
目录
• 激光原理概述 • 激光原理的基本概念 • 激光器件及应用 • 激光技术的前沿与展望 • 激光安全与防护
01 激光原理概述
激光的产生
激光是受激辐射光放大的简称，是原子或分子中的电子在吸收能量后，从低能级跃 迁到高能级，再从高能级回落到低能级时，释放的能量以光子的形式放
详细描述
光纤激光器利用光纤作为增益介质，具有体积小、散热效果好、易于维护等优点。同时，光纤激光器的光束质量 也优于传统固体激光器，能够实现更远距离的传输和更好的聚焦效果。目前，光纤激光器已经被广泛应用于工业、 医疗、军事等领域。
激光原理及应用PPT课件
激光治疗
通过激光照射病变组织，达到治 疗目的，如激光治疗近视、祛斑
等。
激光手术
利用激光进行微创手术，具有出 血少、恢复快、精度高等优点， 如激光心脏手术、激光眼科手术
等。
激光诊断
利用激光光谱技术对人体组织进 行检测和分析，为疾病诊断提供
依据。
军事国防领域应用
激光雷达
利用激光雷达进行目标探测、识别和跟踪，具有高分辨率、抗干 扰能力强等特点。
微型化与集成化
发展微型激光器，实现与其他光电器件的集成，推动光电子集成技 术的发展。
新型激光技术
研究新型激光技术，如光纤激光器、化学激光器等，拓展激光器的 应用领域。
高功率、高效率、高稳定性挑战
高功率激光器
提高激光器的输出功率，满足高能激光武器、激光聚变等领域的 需求。
高效率激光器
优化激光器的能量转换效率，降低能耗，提高激光器的实用性。
02
03
工作原理
通过激励固体增益介质 （如晶体、玻璃等）中的 粒子，实现粒子数反转并 产生激光。
特点
结构紧凑、效率高、光束 质量好。
应用领域
工业加工、医疗、科研等。
气体激光器
工作原理
利用气体放电激励气体分子或原子， 使其产生能级跃迁并辐射出激光。
特点
应用领域
激光切割、焊接、打孔等工业应用。
输出功率大、光束质量好、效率高。
激光原理及应用PPT课 件
contents
目录
• 激光原理基本概念 • 激光技术发展历程及现状 • 激光器类型及其特点分析 • 激光在各领域应用案例分析 • 激光安全问题及防护措施探讨 • 未来发展趋势预测与挑战分析
激光原理基本概念
《原子能级和量子跃迁》 讲义
《原子能级和量子跃迁》讲义在探索微观世界的奇妙之旅中，原子能级和量子跃迁是两个至关重要的概念。
它们不仅揭示了物质微观结构的神秘面纱，还为我们理解许多物理现象和现代技术的原理提供了坚实的基础。
让我们先来了解一下什么是原子能级。
想象一下原子就像一个小小的微观“大厦”，而电子则在这个大厦的不同“楼层”上运动。
这些“楼层”可不是随意分布的，而是有着特定的能量值，我们把这些具有特定能量值的状态称为原子能级。
每个原子都有一系列不连续的能级。
这些能级的存在是由于电子在原子核周围的运动受到量子力学规律的限制。
低能级的能量较低，高能级的能量较高。
电子只能在这些特定的能级上存在，而不能处于能级之间的任意位置。
那么，原子是如何从一个能级跳到另一个能级的呢？这就涉及到量子跃迁。
量子跃迁是指原子中的电子在不同能级之间突然的、不连续的变化。
比如说，当一个原子吸收了一定能量的光子时，电子可能会从低能级跃迁到高能级。
这个过程就好像是电子一下子从一个楼层跳到了更高的楼层。
反之，当电子从高能级跃迁回低能级时，会释放出光子，这也是许多发光现象的原因。
量子跃迁的发生具有一定的条件和规律。
首先，所吸收或释放的能量必须与两个能级之间的能量差相匹配。
这就好比你要上到特定的楼层，需要乘坐正好能到达那个楼层的电梯。
如果能量不匹配，跃迁就不会发生。
而且，量子跃迁的过程是瞬间完成的，没有中间过渡的状态。
这与我们在日常生活中所熟悉的连续变化的过程有很大的不同。
原子能级和量子跃迁的概念在许多领域都有着重要的应用。
在激光技术中，正是利用了原子在特定能级之间的跃迁来产生高度相干、单色性好的激光光束。
通过控制原子的能级结构和跃迁过程，可以实现不同波长和特性的激光输出，从而广泛应用于通信、医疗、工业加工等领域。
在光谱分析中，原子能级和量子跃迁是理解原子发射和吸收光谱的关键。
不同的元素具有不同的原子能级结构，当它们被激发时，会产生特定波长的光谱线。
通过分析这些光谱线，我们可以确定物质的组成和结构，这在化学分析、天文学等领域中发挥着重要作用。
原子物理学课件：第二章：原子的能级和辐射
2020/9/30
21
实验装置示意图
单色光照射到作为正极的 金属板表面，引起光电子 的逸出。
在另一端加上负电压（减速势）V，它的大小是电子能量的直接
量度。如果从正极发射出来的电子的最大动能为
eV
eV0
1 2
m
vm2
1 2
m
vm2
，那么当
时，就没有一个电子能够到达负极，于是电流i为零。V0被称为遏
止电压。 2020/9/30
1 n2
),n
4,5, 6,
（4）布喇开系(红外):
1 RH ( 42
1 n2
),n
5, 6, 7,
（5）普丰特系（红外）:
RH
(
1 52
1 ),n n2
6, 7,8,
2020/9/30
38
3、里德伯公式 （1889年）
1 RH ( m2
1 n2
)
m=1,2,3……； 对每个m, n=m+1,m+2,m+3……构成谱线系
2020/9/30
5பைடு நூலகம்
从理论上分析，黑体腔壁可认为是由大量作谐振动的 谐振子(作谐振动的电偶极矩)组成
振动的固有频率可从(0-∞)连续分布，谐振子通过发 射与吸收电磁波，与腔中辐射场不断交换能量。
(2) 基尔霍夫定律 1859年
黑体辐射达平衡时，辐射能量密度E(v,T)随v的变化曲线 只与黑体的T有关，而与空腔的形状及组成材料无关。
2020/9/30
8
维恩 (Wilhelm Wien 德国人 1864-1928)
2020/9/30
热辐射定律的发现 1911年 诺贝尔物理学奖获得者 斯特藩—玻耳兹曼定律和维恩位移 律是测量高温、遥感和红外追踪等 技术的物理基础。
激光原理第2章
初态： 初态：激发态原子
终态： 终态：基态原子
E2
外来光子 hν = E2 – E1
发射光子 hν = E2 – E1
E1 特点： 才能引起受激辐射； 特点：只有外来光子能量为 hv =E2-E1才能引起受激辐射； 受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同， 受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同，即具有相同的 频率、偏振方向、传播方向以及相同的位相；是相干光。 频率、偏振方向、传播方向以及相同的位相；是相干光。 受激辐射是激光器的物理基础
爱因斯坦A 5、 爱因斯坦A、B系数关系
在光和原子相互作用达到动平衡的条件下， (1) 在光和原子相互作用达到动平衡的条件下，
自发辐射、 自发辐射、受激辐射和受激吸收间关系
A21n2dt + B21ρ ν n2dt = B12 ρ ν n1dt
自发辐射光子数 受激辐射光子数 受激吸收光子数
n2 B12 ρ v = n1 A21 + B21ρ v
的光波， 的连续功率， 2、某激光器，输出波长500nm的光波，输出 某激光器，输出波长 的光波 输出1W的连续功率， 的连续功率 问每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？ 问每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？
2.3
光的受激辐射
1900年 1900年，普朗克利用辐射量子化假 设成功解释黑体辐射分布规律 1913年 1913年，波尔提出原子中电子运动状 态量子化假设
（2）自发辐射跃迁几率 设t 时刻 ，体系处于E2 的总粒子数密度为 n2(t)，从t ～t + dt 体系处于 正比于n ： 时间间隔内自发辐射粒子数密度 dn21 正比于 2(t)：
− dn2 = A21n2 (t )dt
激光原理与技术PPT(很全面)
激光束质量对应用的影响
分析激光束质量对激光加工、光通信、激光雷达等应用的影响。
激光束的控制与整形
激光束控制技术
探讨通过光学元件、机械装置等手段对激光束进行控制的原理和 方法。
激光束整形技术
介绍将激光束整形为特定形状（如平顶、环形等）的原理和方法， 以及整形后激光束的特性。
激光束控制与整形的应用
阐述激光束控制与整形在材料加工、生物医学、光通信等领域的应 用实例。
激光Байду номын сангаас眼睛的危害
激光束直接照射眼睛，可能导致视网膜烧伤、视力下降甚至失明。防护措施包 括佩戴合适的激光防护眼镜，避免直接观看激光束。
激光对皮肤的危害
激光照射皮肤可能导致烧伤、色素沉着、皮肤癌等。防护措施包括穿戴防护服 、使用防晒霜等。
激光安全标准与防护措施
激光安全标准
国际电工委员会（IEC）和美国国家标准学会（ANSI）等制定了激光安全标准， 对激光产品的分类、标识、使用等做出了规定。
液体激光器
染料激光器
使用有机染料作为增益介质，通 过泵浦光激发染料分子产生激光 ，具有宽调谐范围和短脉冲输出 能力。
液体激光核聚变
利用高功率激光束照射含有氘、 氚等聚变燃料的靶丸，实现核聚 变反应，是惯性约束聚变研究的 重要手段。
半导体激光器
边发射半导体激光器
电流注入半导体PN结，电子与空穴 复合释放能量形成激光输出，具有体 积小、效率高、寿命长等优点。
激光手术
利用激光的高精度和可控性，进行微 创手术操作，如眼科手术、皮肤科手 术等。
生物医学成像
利用激光的高亮度和方向性，对人体 内部组织进行光学成像，以辅助医学 诊断和治疗。
05
激光测量与检测技术
高考物理二轮复习原子的能级跃迁及光电效应名师课件(20张)
第14页
返回导航
物理
2．(多选)如图甲所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大 初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点的横坐标为 4.27，与纵轴的交点的纵坐标为 0.5)，图乙是氢原子的能级图，下 列说法正确的是( )
第15页
返回导航
物理
A．该金属的极限频率为 4.27×1014Hz B．根据该图线能求出普朗克常量 C．该金属的逸出功为 0.5 eV D．用 n＝3 能级的氢原子跃迁到 n＝2 能级时所辐射的光照射该 金属能使该金属发生光电效应 E．用频率 ν＝5.5×1014 Hz 的光照射该金属时，该金属发出的光 电子去激发处于 n＝2 能级的氢原子，可能使氢原子跃迁到 n＝3 能级
第12页
返回导航
物理
D．氢原子从基态跃迁至某激发态要吸收特定频率的光子 E．原子在 a、b 两个能级的能量分别为 Ea、Eb，且 Ea＞Eb，当原 子从 a 能级跃迁到 b 能级时，释放的光子的波长 λ＝Eah－cEb(其中 c 为真空中的光速，h 为普朗克常量)
第13页
返回导航
物理
解析：选 BDE.不可见光包括红外线、紫外线等，红外线光子能量 小于可见光，若用红外线照射金属一定比用可见光照射同种金属 产生的光电子的初动能小，选项 A 错误．对任何一种金属都存在 一个“极限频率”，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生 光电效应，选项 C 错误．根据玻尔原子模型可知，原子从高能级 跃迁到低能级时会释放光子，由 Ea－Eb＝hc/λ，解得Hale Waihona Puke λ＝Eah－cEb， 选项 E 正确．
物理
高频考点二 原子的能级跃迁及光电效应
第1页
返回导航
物理
1.玻尔理论的基本假设． 知 2.原子能级、能级跃迁的条件及辐射 能 光子种类的计算． 必 3.区分一个原子跃迁和一群原子跃迁 备 的现象．
激光原理与技术PPT课件
激光手术
阐述激光手术在眼科、神 经外科等领域的应用及优 势，如精度高、创伤小等 。
05
CATALOGUE
激光测量与检测技术
激光干涉测量技术
1 2
干涉测量原理
利用激光的相干性，通过干涉条纹的变化来测量 长度、角度等物理量。
干涉测量系统组成
包括激光器、分束器、反射镜、探测器等部分。
3
干涉测量技术应用
时间特性
激光束的时间特性包括脉冲宽度、重复频率和稳定性等。其中，脉冲宽度决定 了激光的峰值功率和能量，重复频率则影响了激光的平均功率。稳定性则是确 保激光束在长时间内保持一致性的关键因素。
激光束的调制与偏转技术
调制技术
通过对激光束进行幅度、频率或相位等调制，可以实现信息 的加载和传输。常见的调制方式包括振幅调制、频率调制和 相位调制等。这些调制技术使得激光束能够携带更多的信息 ，并在通信、传感等领域得到广泛应用。
对皮肤的危害
长时间或高强度激光照射皮肤， 可能导致皮肤烧伤、色素沉着、 皮肤癌等严重后果。
激光安全标准与防护措施
激光安全标准
国际电工委员会（IEC）和美国激光产品安全标准（ANSI）等制定了激光产品的 安全标准，包括激光等级分类、安全警示标识、使用说明等。
防护措施
使用激光产品时，应佩戴合适的防护眼镜或面罩，避免直接照射眼睛或皮肤；同 时，应在激光工作区域内设置明显的安全警示标识，提醒他人注意安全。
偏转技术
激光束的偏转技术主要是通过改变激光束的传播方向来实现 。常见的偏转方式包括机械偏转、电光偏转和声光偏转等。 这些偏转技术使得激光束能够灵活地指向目标，并在激光雷 达、光学扫描等领域发挥重要作用。
激光束的聚焦与整形技术
激光原理及应用 PPT课件
家共有10位。
激光的产生
产生激光需要三个条件：一要具有适当能级结构、能产生受激辐射光放 大的工作物质(激光物质)；二要使激活物质发出激光的能源(激励能源)；三 要有一个维持光振荡的谐振腔(光学谐振荡)。
• 1.粒子数反转
受激辐射是产生激光的基础。但是当能量为hv=En-Em的光子在物质中 传播时，通常有两种过程，一方面可能引起受激辐射，形成光放大过程；另 一方面，由于存在光吸收，处于低能级Em上的原子可能吸收光子跃迁到高 能级En上去，从而使物质中传播的光子因吸收而减少。光放大和光吸收这两 个过程在物质中是同时发生的，光放大会使光子数增加，光吸收会使光子数 减少，这两个过程究竟哪个占优势，取决于处于高能级En的原子数和处于低 能级Em的原子数。若处于En的原子数多，则受激辐射的光放大占优势；反 之，则光吸收占优势。因此，要形成激光，必须使受激辐射占优势。
激光在医学上的应用
• 激光诊断、手术和治疗： 激光层析造影 激光荧光 诊断 光动力学治疗（PDT）技术 激光 心脏 打孔 激光光纤内窥镜手术 ......
激光武器的应用
激光武器用于杀伤敌重武器装备时，需要较高的能量，通常称为高能 激光武器称激光炮。目前美国已研制出机载和车载激光炮。激光炮的威力 强大，命中率极高。由于强激光束具有很强的烧蚀作用、幅射作用和激光 效应，因而对武器装备具有很大的破坏力。激光武器可以破坏制导系统、 引爆弹头和毁坏壳体、拦击制导炸弹、炮弹、导弹、卫星、飞机、巡航导 弹和破坏雷达、通信系统等。激光摧毁卫星可由地面、空中和空间进行。 目前一个激光器的能量还无法将高轨卫星摧毁，但能用几个激光器同时对 准1颗卫星进行攻击将其摧毁。空间激光反卫星是将激光器装在卫星或航天 飞机上，攻击对方的卫星；空中激光反卫星是将激光器装在飞机上攻击卫 星，它可克服地面发射激光攻击卫星的许多缺点，但不如航天器攻击卫星 那么理想，因航天器比飞机平稳，没气流和飞行振动的干扰，激光的能量 可充分发挥。
激光的产生
产生激光需要三个条件：一要具有适当能级结构、能产生受激辐射光放 大的工作物质(激光物质)；二要使激活物质发出激光的能源(激励能源)；三 要有一个维持光振荡的谐振腔(光学谐振荡)。
• 1.粒子数反转
受激辐射是产生激光的基础。但是当能量为hv=En-Em的光子在物质中 传播时，通常有两种过程，一方面可能引起受激辐射，形成光放大过程；另 一方面，由于存在光吸收，处于低能级Em上的原子可能吸收光子跃迁到高 能级En上去，从而使物质中传播的光子因吸收而减少。光放大和光吸收这两 个过程在物质中是同时发生的，光放大会使光子数增加，光吸收会使光子数 减少，这两个过程究竟哪个占优势，取决于处于高能级En的原子数和处于低 能级Em的原子数。若处于En的原子数多，则受激辐射的光放大占优势；反 之，则光吸收占优势。因此，要形成激光，必须使受激辐射占优势。
激光在医学上的应用
• 激光诊断、手术和治疗： 激光层析造影 激光荧光 诊断 光动力学治疗（PDT）技术 激光 心脏 打孔 激光光纤内窥镜手术 ......
激光武器的应用
激光武器用于杀伤敌重武器装备时，需要较高的能量，通常称为高能 激光武器称激光炮。目前美国已研制出机载和车载激光炮。激光炮的威力 强大，命中率极高。由于强激光束具有很强的烧蚀作用、幅射作用和激光 效应，因而对武器装备具有很大的破坏力。激光武器可以破坏制导系统、 引爆弹头和毁坏壳体、拦击制导炸弹、炮弹、导弹、卫星、飞机、巡航导 弹和破坏雷达、通信系统等。激光摧毁卫星可由地面、空中和空间进行。 目前一个激光器的能量还无法将高轨卫星摧毁，但能用几个激光器同时对 准1颗卫星进行攻击将其摧毁。空间激光反卫星是将激光器装在卫星或航天 飞机上，攻击对方的卫星；空中激光反卫星是将激光器装在飞机上攻击卫 星，它可克服地面发射激光攻击卫星的许多缺点，但不如航天器攻击卫星 那么理想，因航天器比飞机平稳，没气流和飞行振动的干扰，激光的能量 可充分发挥。
《激光原理》1.2原子的能级和辐射跃迁-1
n
3
Ze S P D 2
n=1
n=2
n=3
1
l
2 3d 1 3p 0 3s
1 2p 0 2s
0 1s
3.原子的电子组态符号 相同 n, l 组成一个支壳层 对应于l = 0, 1, 2, 3,…的各支壳层 分别记做 s, p, d, f, g, h…
例: 钠原子有11个核外电子,钠原子基态的电子组态为
氦原子部分能级图
1 P1
21 S0
11 S0
1s2 p 1s2s
20.55ev
1s1s
19.77ev
3 P0
3 P1 3 P2
23S1
例:氦原子基态10S1和两个激发态23S1 23S0都是偶宇称，因此不 满足辐射跃迁选择定则（1），这两态都是亚稳态。
五. 玻耳兹曼分布
1. 玻耳兹曼分布(热平衡分布)
10.21.6100 1.383
n2
e394.2 1.59 10172
T 30000K
n e e e 1
E1 E2 kT
(
13.63.4)1.6101 1.38102330000
9
10.21.6 1.383
n2
e3.942 51.5
六. 辐射跃迁和非辐射跃迁
1.跃迁: 粒子由一个能级过渡到另一能级的过程
2
说明 L 有五种可能的取向 对 z 轴旋转对称
4.自旋磁量子数 ms ( 1/2 , -1/2 )
决定电子自旋角动量空间取向
• 电子自旋角动量大小
S s(s 1)
s —自旋量子数 • S 在外磁场方向的投影
SZ ms 自旋磁量子数 ms 取值个数为
2s +1= 2 则 s = 1/2 ，ms = ±1/2
3
Ze S P D 2
n=1
n=2
n=3
1
l
2 3d 1 3p 0 3s
1 2p 0 2s
0 1s
3.原子的电子组态符号 相同 n, l 组成一个支壳层 对应于l = 0, 1, 2, 3,…的各支壳层 分别记做 s, p, d, f, g, h…
例: 钠原子有11个核外电子,钠原子基态的电子组态为
氦原子部分能级图
1 P1
21 S0
11 S0
1s2 p 1s2s
20.55ev
1s1s
19.77ev
3 P0
3 P1 3 P2
23S1
例:氦原子基态10S1和两个激发态23S1 23S0都是偶宇称，因此不 满足辐射跃迁选择定则（1），这两态都是亚稳态。
五. 玻耳兹曼分布
1. 玻耳兹曼分布(热平衡分布)
10.21.6100 1.383
n2
e394.2 1.59 10172
T 30000K
n e e e 1
E1 E2 kT
(
13.63.4)1.6101 1.38102330000
9
10.21.6 1.383
n2
e3.942 51.5
六. 辐射跃迁和非辐射跃迁
1.跃迁: 粒子由一个能级过渡到另一能级的过程
2
说明 L 有五种可能的取向 对 z 轴旋转对称
4.自旋磁量子数 ms ( 1/2 , -1/2 )
决定电子自旋角动量空间取向
• 电子自旋角动量大小
S s(s 1)
s —自旋量子数 • S 在外磁场方向的投影
SZ ms 自旋磁量子数 ms 取值个数为
2s +1= 2 则 s = 1/2 ，ms = ±1/2
原子物理学 课件-第二章 原子的能级和辐射
pdq nh ?
原子物理学
证明:
P dq n h 既包含了玻尔圆周运动量子化条件, 又有普朗克的量子论推论.它确实是量子化通则.
i i i
原子物理学
§2.7
索末菲对玻尔理论的推广
玻尔理论的发展： 推广 修正 索末菲理论 量子力学
玻尔理论的建立： 引子 内容 验证 光谱之谜 玻尔假设 夫一赫实验
n 1,2,3,, n 同一 n nr n 1, n 2, n 3,,0 n n, nr 0, b a n n, nr 0,
椭圆轨道 圆轨道
n , nr n对
一个圆轨道 ， n-1个椭圆轨道
有n个不同的b值，n个形状不同的轨道
例如：
a1 n 1, n 1, a b 圆 z a1 a1 n 1, a 4 , b 2 z z n2 a1 n 2, a b 4 圆 z
电离态 8
（1）量子化轨道图 赖曼系 巴尔末系 赖曼系 巴尔末系
4 3
激 发 态
n =2
n =1 基态
原子物理学
轨道能级图的特点：
1）邻近轨道间隔随n增加而增加，n越大，相邻轨道越远离.
2）邻近能级间隔随n增加而减小，n越大，相邻能ห้องสมุดไป่ตู้越密集.
3）轨道与能级一一对应。 基态 第一激发态
原子物理学
§2.2 氢原子光谱的实验规律 一、氢原子光谱线系
1885年，光谱学家发现氢光谱（14条，可见区4条）。
原子物理学
氢原子光谱的五个线系： 紫外区：赖曼系： 可见区：巴尔未系： 近红外区：帕邢系： 近红外，布喇开系： 远红外，普丰特系：
1.2原子的能级和辐射跃迁解析
G3 (l1s1 )
G4 (l2 s2 )
G5 (l1s2 )
G6 (l2 s1 )
一般情况下，G5 、G6比较弱，可以忽略。 LS耦合—— G1 、G2 比G3 、G4强,只考虑G1 、G2 偶合. JJ耦合—— G3 、G4 比G1 、G2强,只考虑G3 、G4 偶合. 在 LS耦中，两个轨道角动量合成一个总轨道角动量，其量 子数为L， L=l1+l2，l1+l2-1….. l1-l2 两个自旋角动量合成一个总自旋角动量，其量子数为S, S=s1 + s2 或 s1 - s2
低能级: 能量较低的能级
基能级: 能量最低的能级 (相应的状态称基态） 激发能级: 能量高于基 能级的其它所有能级(相 应状态称激发态)
激发态
n
6 5 4 3
2
基态 1
二、四个量子数
1.主量子数 n ( 1 , 2 , 3, ……) （表征电子的运动状态） 大体上决定了电子能量, 代表电子运动区域的大小和它 的总能量的主要部分
2s +1= 2 则 s = 1/2 ， ms = ±1/2
S
1 1 2 2
( 1)
3 4
电子自旋角动量在 外磁场中的取向
三、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g——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
1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s…
2.能量最低原理
“电子优先占据最低能态”
n 3 Ze S
n=1 n=2 n=3
激光原理与应用课件
9
1 ．3 激光工作物质的能级结构
一、三能级系统
激发态的平均寿命只有10-8(s)。然而在原子的能 级中，有一种特殊的能级，其寿命可达10-3(s)甚
至更长。我们称这种状态为原子的亚稳态。
在He、Ne、CO2 、N2等物质中都有这种能级结 构
10
物质三能级系统的示意图
抽运
快 E3
E2 (亚稳态)
n 受激辐射出的光子，与入射光子具有相
同的频率，相同的初相，相同的传播方
向，相同的偏振态等。
E2
hv
E1
hv
E2
hhvv
输入 hv
hv hv
hv hv 输出
E1
hv
受激辐射示意图
受激辐射光放大示意图
6
1 ．2 粒子数反转
n 处在温度为T的平衡态下，各能级上分布的分 子数，服从玻尔兹曼分布，
n 高能态En'上分布的分子数与低能态En上分布的 分子数之比为：
34
3．4 激光在几何参数测量方面的应用
一、激光测距技术
1、激光脉冲计数方法
2、相位测距法
B
X A
He-Ne激 光
45°
二、利用激光技术和几M何学d原理可以对板N参材考平面
的厚度进行测量
激光测厚原理示意图
35
3.5 激光条码检测技术
n 条码技术是通过一定形状和间隔的条纹 组合来表达计算机“0” 、“1”语言的一种方 法。
慢
E1 (基态)
n 应该注意：三能级系统，是指激光器在运转过 程中，所涉及到的三级能级。并不是指该系统 仅有这三条能级。
11
二、四能级系统
抽运
快 E4
E3 (亚稳态)
1 ．3 激光工作物质的能级结构
一、三能级系统
激发态的平均寿命只有10-8(s)。然而在原子的能 级中，有一种特殊的能级，其寿命可达10-3(s)甚
至更长。我们称这种状态为原子的亚稳态。
在He、Ne、CO2 、N2等物质中都有这种能级结 构
10
物质三能级系统的示意图
抽运
快 E3
E2 (亚稳态)
n 受激辐射出的光子，与入射光子具有相
同的频率，相同的初相，相同的传播方
向，相同的偏振态等。
E2
hv
E1
hv
E2
hhvv
输入 hv
hv hv
hv hv 输出
E1
hv
受激辐射示意图
受激辐射光放大示意图
6
1 ．2 粒子数反转
n 处在温度为T的平衡态下，各能级上分布的分 子数，服从玻尔兹曼分布，
n 高能态En'上分布的分子数与低能态En上分布的 分子数之比为：
34
3．4 激光在几何参数测量方面的应用
一、激光测距技术
1、激光脉冲计数方法
2、相位测距法
B
X A
He-Ne激 光
45°
二、利用激光技术和几M何学d原理可以对板N参材考平面
的厚度进行测量
激光测厚原理示意图
35
3.5 激光条码检测技术
n 条码技术是通过一定形状和间隔的条纹 组合来表达计算机“0” 、“1”语言的一种方 法。
慢
E1 (基态)
n 应该注意：三能级系统，是指激光器在运转过 程中，所涉及到的三级能级。并不是指该系统 仅有这三条能级。
11
二、四能级系统
抽运
快 E4
E3 (亚稳态)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的
2）EEmEn kT ，nm nn 0
条
3）T>0且EmEn ，nm<nn
件
第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
第 §1.2 原子能级和辐射跃迁 一 章
辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产 生 的 条 件
第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
要
➢磁量子数（即轨道方向量子数）m=0，±1，±2，… ±l 代表轨道在
与
空间的可能取向，即轨道角动量在某一特殊方向的分量
激
➢自旋量子数（即自旋方向量子数）ms= ±1/2，代表电子自旋方向的取
光
向，也代表电子自旋角动量在某一特殊方向的分量
产
n 1
n2
n3
生
s
s
P
s
P
d
的
条
件
n1
例：计算每一个壳层（ 2(2l 1)2n2）和次壳层（2(2l+1)个）
要
与 3. 图(1-3)为原子能级示意图
激 光 产 生 的
En
激
E2
发 态
例：计算1s和2p态的简并度
条
E1
件
E0基态
第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
第 §1.2 原子能级和辐射跃迁
一 章
1.2.3 波尔兹曼分布
辐
1. 现考虑由n0个相同原子(分子或离子)组成的系统，在热平衡条件下， 原子数按能级分布服从波尔兹曼定律：
可以容纳的最多电子数 l0
第一章 上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
第 §1.2 原子能级和辐射跃迁 一 章 1.2.1 原子能级、简并度
辐 2. 电子具有的量子数不同，表示有不同的电子运动状态
射
➢电子的能级，依次用E0，E1，E2，… En表示
理 论 概
➢基态：原子处于最低的能级状态 ➢激发态：能量高于基态的其它能级状态 ➢简并能级：能级有两个或两个以上的不同运动状态 ➢简并度：同一能级所对应的不同电子运动状态的数目
第 §1.2 原子能级和辐射跃迁 一 章 1.2.1 原子能级、简并度
辐 1. 原子中电子的状态由下列四个量子数来确定：
射
➢主量子数n，n＝1，2，3，…代表电子运动区域的大小和它的总能量的
理
主要部分
论
➢辅量子数 l, l 0 ,1 ,2 (n 1 )代表轨道的形状和轨道角动量，这也同
概
电子的能量有关。对l 0,1,2,3等的电子顺次用s, p, d, f字母表示
射 理 论 概
式中
ni gieEi kT
g i —Ei的简并度；k—波尔兹曼常数；T—热平衡时的绝对温度；
ni—处在Ei能级的原子数
Hale Waihona Puke 要2. 分别处于Em和En能级上的原子数nm和nn必然满足下一关系
与 激 光 产
n g e m m
(EmEn ) kT
nn gn
3. 为简单起见，假定 gm gn
生
讨论：1）EEmEnk T ，nm nn 1