原子光谱.doc

原子光谱
波函数的对称性®跃迁选择定则
初态®终态电偶极跃迁率:
& 电偶极跃迁,对称性与选择定则,原子态寿命
The Physics of Atoms and Quanta,Haken & Wolf, Ch. 16
Physics of Atoms and Molecules, Bransden & Joachain, Ch. 4
了解物质微观结构的两个重要途径:光谱和碰撞过程
薛定谔的量子理论和玻尔的旧量子理论的一个显著差别:可以计算原子的跃迁率以及说明跃迁的选择定则
电磁辐射
两能级和间的跃迁过程
电偶极矩:
电偶极矩的期待值以频率振荡
®电磁辐射(电偶极矩振荡、电荷振荡、电流振荡)
平面波:
跃迁几率:
一般说来,(原子大小或波函数范围)
电偶极(E1)跃迁几率:
电四极(E2)+磁偶极(M1)跃迁几率:
时,重要
对称性与选择定则
例1:已知® ,考察在变换下的情况。
例2:考察在绕z轴旋转任意角度的变换()下的情况,得到关于磁量子数的选择定则。
单电子原子:
跃迁构成谱线的多重结构(a multiplet of lines)
电偶极跃迁与自旋无关,,,但禁戒
量子力学证明选择定则与原子和光子体系的角动量和宇称守恒相关!
,双线结构:,
双线
和三线
选择定则
单电子: ,
多电子: 0«0禁戒
LS耦合: 0«0禁戒


原子跃迁过程,宇称守恒。1978年发现,电子与原子核的弱相互作用使得原子跃迁过程有宇称不守恒现象。
光子有奇宇称。
3、爱因斯坦A B系数
两能级,原子体系,其中()个原子处于()能级。
Einstein coefficients: ,,
:辐射场单位频率间隔的能量密度
平衡时,
体系与辐射场处于热力学平衡状态,原子遵循玻尔兹曼分布
普朗克辐射定律:
自发辐射几率与原子态寿命
非简并能级和间的自发辐射几率:
简并能级()和()的自发辐射几率:
´与无关?物理意义?
(提示:利用和证明。)
在能级上的原子数随时间指数衰减,即
能级自发辐射寿命:
平均寿命

自然辐射线宽:
自发辐射与受激辐射:
对自发辐射过程的严格处理要用到量子电动力学,根据量子电动力学,电磁场是量子化的,就象谐振子一样。根据不确定关系,谐振子有零点能。所以即使没有外加场,电磁场也总是存在的,并会引起原子自发性地辐射。
可以这样说,自发辐射时原子周围的场处于基态(即零点能的状态),而受激辐射时原子周围的场处于激发态。所以受激辐射的跃迁率与场强成正比,对于较强的场,跃迁率可以非常大,这在激光中很重要。相反