原子分子光譜第一次

原子分子光譜第一次第一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二教材：ATOMICANDMOLECULARSPECTROSCOPYS.Svanberg參考書(shū)：1.THETHEORYOFATOMICSTRUCTUREANDSPECTRARobertD.Cowan2.《分子光譜與分子結(jié)構(gòu)》G.赫茲堡3.《原子與分子光譜導(dǎo)論》王國(guó)文4.《分子光譜與激光》鐘立晨第二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二著者簡(jiǎn)介：SuneSvanberg教授是瑞典隆德大學(xué)（LundUniversity）激光中心主任、瑞典皇家科學(xué)院和工程院兩院院士、美國(guó)物理學(xué)會(huì)和光學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員及中國(guó)科學(xué)院愛(ài)因斯坦講習(xí)教授。1998年起擔(dān)任諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)成員（2004-2006年任評(píng)委會(huì)主席）。SuneSvanberg教授多年從事原子物理學(xué)、激光學(xué)等方面的研究，他在這些領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究以及這些領(lǐng)域與能源、環(huán)境、醫(yī)療等相結(jié)合的應(yīng)用性研究方面造詣?lì)H深，并對(duì)這些領(lǐng)域的發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)。第三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二原子分子光譜主要內(nèi)容原子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)輻射散射光學(xué)光譜激光器激光光譜激光光譜應(yīng)用第四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二教學(xué)目標(biāo)初步了解原子、分子結(jié)構(gòu)初步了解掌握光譜技術(shù)初步了解激光光譜學(xué)及其應(yīng)用第五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二§1緒論

電磁輻射包括從射線到無(wú)線電波的所有電磁波譜范圍，而不只局限于光學(xué)光譜區(qū)。電磁輻射與物質(zhì)相互作用的方式有發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。

光譜分析法是根據(jù)物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射或電磁輻射與物質(zhì)相互作用而建立起來(lái)的一類分析方法。第六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二射線x射線紫外光紅外光微波無(wú)線電波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可見(jiàn)光第七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二第八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二Dalton原子學(xué)說(shuō)(1803年)Thomson“西瓜式”模型(1904年)Rutherford核式模型(1911年)Bohr電子分層排布模型(1913年)量子力學(xué)模型(1926年)第九頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二光譜法是基于物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，測(cè)量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級(jí)之間的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長(zhǎng)、強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)等分析的方法。第十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二光譜儀

1859年，德國(guó)海德堡大學(xué)的基爾霍夫和本生發(fā)明了光譜儀，奠定了光譜學(xué)的基礎(chǔ),使光譜分析成為認(rèn)識(shí)物質(zhì)和鑒定元素的重要手段第十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二光譜法的儀器

盡管各種光譜法所依據(jù)的原理不同．但它們均包含3個(gè)主要過(guò)程：光源提供能量；能量與待測(cè)物質(zhì)發(fā)生相互作用；檢測(cè)相互作用時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)。因此，各類光譜法所用儀器的基本部件大致相同，但部件的結(jié)構(gòu)、布局及光路稍有不同。a發(fā)射光譜儀b吸收光譜儀c熒光和散射光譜儀

第十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二本人相關(guān)工作：高次諧波發(fā)射及阿秒脈沖制備的理論研究A&MLaserHHG高次諧波的產(chǎn)生第十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二諧波發(fā)射功率譜的特征示意圖HarmonicorderPowerPlateauCutoff第十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二gasjetfilterXUVpulsedetectorHHG第十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二高次諧波發(fā)射的‘三步’模型高次諧波發(fā)射的單原子響應(yīng)過(guò)程的經(jīng)典軌道理論解釋第十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二未受控的高次諧波發(fā)射長(zhǎng)脈沖電場(chǎng)及原子在其作用下的諧波譜。長(zhǎng)脈沖作用下諧波發(fā)射的時(shí)－頻分析。第二十頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二濾取諧波譜中60-70次諧波生成的短脈沖串。第二十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二實(shí)現(xiàn)可控的高次諧波發(fā)射及在此基礎(chǔ)上的超短孤立阿秒脈沖的生成和脈沖寬度、強(qiáng)度的優(yōu)化。第二十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二諧波發(fā)射的數(shù)值模擬

在電偶極近似和長(zhǎng)度規(guī)范下，靶原子在組合激光脈沖作用下的含時(shí)Schr?dinger方程為：數(shù)值求解該含時(shí)Schr?dinger方程，即可得到任意時(shí)刻的波函數(shù)。偶極加速度的期望值為：第二十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二§2原子結(jié)構(gòu)§2.1單電子體系（氫、類氫離子）能級(jí)決定于主量子數(shù)n，n越大能級(jí)越高、相鄰能級(jí)間隔越小。軌道角量子數(shù)l決定態(tài)函數(shù)（電子云形狀）。第二十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二氫原子薛定諤方程的解析求解定態(tài)薛定諤方程為：在球坐標(biāo)系下：可以用分離變數(shù)法化成常微分方程求解，即設(shè)：第二十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二氫原子薛定諤方程的解析求解方程（1）的解為方程（2）的解為方程（3）的解為其中：Nnl為歸一化常數(shù)，為締合勒蓋爾多項(xiàng)式。第二十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二氫原子的波函數(shù)：氫原子薛定諤方程的解析求解束縛態(tài)能量：第二十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二126534氫原子能級(jí)圖-13.6eV-3.39eV-1.51eV-0.85eVEnl主量子數(shù)

n賴曼系巴爾末系帕邢系布喇開(kāi)系類氫離子的能級(jí)n1和n2之間的能量差為：n1

n2躍遷時(shí)，原子所發(fā)射或吸收的電磁輻射的頻率為：第二十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二裝有低壓高純H2的放電管所發(fā)出的光,通過(guò)棱鏡分光后，在可見(jiàn)光區(qū)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可以觀察到不連續(xù)的四條譜線第三十頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二§2.2堿金屬原子

內(nèi)層電子與原子核結(jié)合的較緊密，而價(jià)電子與核結(jié)合的很松，可以把內(nèi)層電子和原子核看作一個(gè)整體稱為原子實(shí)。價(jià)電子繞原子實(shí)運(yùn)動(dòng)，原子的化學(xué)性質(zhì)及光譜都決定于這個(gè)價(jià)電子。-e價(jià)電子靠近原子實(shí)，使原子實(shí)極化-e軌道貫穿原子實(shí)-e價(jià)電子離原子實(shí)較遠(yuǎn)，價(jià)電子受到原子實(shí)的中心對(duì)稱的電場(chǎng)作用，有效核電荷數(shù)為1第三十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二由于原子實(shí)被貫穿、極化，內(nèi)層電子對(duì)原子核的屏蔽作用降低，致使價(jià)電子感受到的束縛電場(chǎng)增強(qiáng)（有效核電荷數(shù)增大），束縛能增大，導(dǎo)致量子數(shù)虧損，n→neff=n-d。一般l越小貫穿效果越強(qiáng)，量子虧損d越大，而高l電子量子虧損接近0。如鋰和鈉不同l電子的量子虧損約為：

鋰：ds=0.4dp=0.05dd

=0.001

df=0.000鈉：ds=1.35dp=0.86dd

=0.001df=0.000第三十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）n很大時(shí)，能級(jí)與氫的很接近，少數(shù)光譜線的波數(shù)幾乎與氫的相同；當(dāng)n很小時(shí)，譜線與氫的差別較大。（1）能量由（n,

）兩個(gè)量子數(shù)決定，主量子數(shù)相同，角量子數(shù)不同的能級(jí)不相同。（2）n相同時(shí)能級(jí)的間隔隨角量子數(shù)的增大而減小，

相同時(shí)，能級(jí)的間隔隨主量子數(shù)n的增大而減小。特點(diǎn)：第三十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二§2.3磁效應(yīng)§2.3.1進(jìn)動(dòng)伴隨著角動(dòng)量L的磁矩μL在磁場(chǎng)B中受到力矩的作用，致使角動(dòng)量L繞磁場(chǎng)B進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)角頻率ω=gμB

B。μB為Bohr磁子，g為比例常數(shù)。第三十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二§2.3.2旋軌相互作用電子自旋現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置第三十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二由于電子繞核運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)與電子角動(dòng)量成比例的磁場(chǎng)B，電子在這個(gè)磁場(chǎng)中具有能量Eso-erZ*e-erZ*eB第三十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二電子軌道角動(dòng)量和自旋角動(dòng)量s的矢量和j守恒，和s在磁場(chǎng)作用下繞j進(jìn)動(dòng)。用相應(yīng)的量子數(shù)來(lái)表示角動(dòng)量矢量的大?。簗j|=[j(j+1)]1/2,||=[(+1)]1/2,|s|=[s(s+1)]1/2

j=±s=0,1,2,…s=1/2由帶入到（2.13）式得由于相同的，對(duì)應(yīng)j存在兩種結(jié)果+1/2和-1/2，因此能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂為兩個(gè)j能級(jí)，能級(jí)差由下式給出：第三十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二一般高j能級(jí)高于低j能