章第五講新課件

一.四個量子數(shù)1.能量量子化和主量子數(shù)主量子數(shù)2.角動量量子化和角量子數(shù)軌道角量子數(shù)氫原子的能量電子軌道角動量§168多電子原子中的電子分布河南城建學(xué)院張鳳玲ZZZ空間量子化3.空間量子化和磁量子數(shù)軌道角動量磁量子數(shù)某特定方向分量河南城建學(xué)院張鳳玲4.電子的自旋和自旋磁量子數(shù)Z電子自旋在Z軸上分量量子化電子自旋角動量（電子的基本屬性，無經(jīng)典對應(yīng)）自旋量子數(shù)自旋磁量子數(shù)自旋角動量量子化河南城建學(xué)院張鳳玲

1869年，門捷列夫首先提出元素周期表（按原子量的次序排列），反映元素性質(zhì)的周期性變化.玻爾是第一個給予周期表物理解釋,（1916-1918年）把元素按電子組態(tài)的周期性排列成表.

1925年泡利提出不相容原理后，才比較深刻地理解到，元素的周期性是電子組態(tài)周期性的反映.而電子組態(tài)的周期性與特定軌道的可容性相聯(lián)系.二多電子原子中電子的分布河南城建學(xué)院張鳳玲

泡利不想容原理（1925年）

在一個原子中，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的四個量子數(shù)（），即原子中的每一個狀態(tài)只能容納一個電子.軌道取向量子數(shù)自旋取向量子數(shù)描述電子運動狀態(tài)的量子數(shù)泡利（W.Pauli,1900-1959）河南城建學(xué)院張鳳玲

決定電子所處狀態(tài)的準(zhǔn)則（1）泡利不相容原理（每狀態(tài)允許容納的電子數(shù)）

主量子數(shù)

n

:決定電子能量的主要部分，相同n

的電子在同一殼層.

電子按能量分成許多殼層，能量相同的電子可視為分布在同一殼層.

角量子數(shù)

l：同一殼層中

l=0，1，，（n-1），不同的

l

形成分殼層.（2）能量最小原理（體系能量最低時，體系最穩(wěn)定）.河南城建學(xué)院張鳳玲§16.9激光一.受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射

如果原子因受滿足頻率條件的光的激勵而躍遷到較高能態(tài)，這種過程就稱為受激吸收。

受激吸收激光（lasser）就是由受激輻射產(chǎn)生的被放大了的相干光。河南城建學(xué)院張鳳玲沒有外界作用，原子自發(fā)地由高能態(tài)躍遷到低能態(tài)，并輻射一個光子，這種過程叫自發(fā)輻射。

自發(fā)輻射各個原子自發(fā)輻射的光是非相干光河南城建學(xué)院張鳳玲若原子受到一個滿足頻率條件的外來光子的激勵，由高能態(tài)躍遷到低能態(tài)，則輻射出另一同頻率的光子來，這種過程叫做受激輻射。受激輻射各個原子受激輻射的光是相干光河南城建學(xué)院張鳳玲二.產(chǎn)生激光的基本條件在通常情況下，原子在各能級上的分布服從玻爾茲曼分布定律，即在低能級上的原子數(shù)較多光通過物質(zhì)時，受激吸收占優(yōu)勢。在通常狀態(tài)下，三種躍遷同時存在，受激吸收使光子數(shù)減少，受激輻射使光子數(shù)增加。哪種躍遷占優(yōu)勢取決于高低能級的原子數(shù)。

河南城建學(xué)院張鳳玲（1）粒子數(shù)正常分布和粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）已知粒子數(shù)的正常分布.....。。。。。。。。。。。。。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布...............。。。。。統(tǒng)計分布河南城建學(xué)院張鳳玲美國物理學(xué)家梅曼于1960年9月制成第一臺紅寶石固體激光器.從外界輸入能量（如光照,放電等）,把低能級上的原子激發(fā)到高能級上去,這個過程叫做激勵（也叫泵浦）.紅寶石中鉻離子能級示意圖..。?；鶓B(tài)亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)態(tài)梅曼和第一只激光器河南城建學(xué)院張鳳玲（2）光學(xué)諧振腔激光的形成光在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)中往返傳播,使諧振腔內(nèi)的光子數(shù)不斷增加,從而獲得很強的光,這種現(xiàn)象叫做光振蕩...........激光光束全反射鏡光學(xué)諧振腔示意圖部分透光反射鏡加強光須滿足駐波條件河南城建學(xué)院張鳳玲三激光器

1氦氖氣體激光器（輸出功率不大）

優(yōu)點：輸出的激光單色性好、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低等．（波長632.8nm）氦和氖的原子能級示意圖基態(tài)亞穩(wěn)態(tài)氦氖632.8nm123氦氖激光器部分反射鏡AK（幾千伏特）毛細(xì)管管內(nèi)氦氖比例（5~10/1）全反射鏡河南城建學(xué)院張鳳玲2紅寶石激光器紅寶石激光器的工作物質(zhì)是棒狀紅寶石晶體，它發(fā)出的激光是脈沖激光，波長為694.3nm.

。。

。全反射鏡半透射鏡紅寶石棒。脈沖燈紅寶石激光示意圖激光器發(fā)展的主要方面（1）擴展了激光的波長范圍.（紅外~紫外）（2）激光的功率大大提高.（連續(xù)功率達(dá)~10kW）（3）激光器已能實現(xiàn)小型化.河南城建學(xué)院張鳳玲3.激光器的組成和常見激光器常用激光器由三部分組成：

工作物質(zhì)泵浦源光學(xué)諧振腔激光工作物質(zhì)激勵能源諧振腔激光器結(jié)構(gòu)示意圖河南城建學(xué)院張鳳玲按輸出方式分：脈沖輸出連續(xù)輸出半導(dǎo)體激光器按工作物質(zhì)分：氣體激光器固體激光器液體激光器自由電子激光器激光器的分類河南城建學(xué)院張鳳玲氣體激光器河南城建學(xué)院張鳳玲固體激光器河南城建學(xué)院張鳳玲液體激光器河南城建學(xué)院張鳳玲半導(dǎo)體激光器河南城建學(xué)院張鳳玲4.激光的特性及其應(yīng)用（1）方向性好激光束的發(fā)散角很小，一般為激光定位、導(dǎo)向、測距等就利用了方向性好的特點。河南城建學(xué)院張鳳玲（2）單色性好在普通光源中，單色性最好的是作為長度基準(zhǔn)器的氪燈（K186）；它的譜線寬度為4.7×10-3納米，而激光譜線寬為納米，為氪燈譜線寬度的5萬分之一。采用穩(wěn)頻等技術(shù)還可以進(jìn)一步提高激光的單色性。

計量工作的標(biāo)準(zhǔn)光源、激光通訊等利用了單色性好的特點。光纜河南城建學(xué)院張鳳玲(3)亮度高亮度是光源在單位面積上，向某一方向的單位立體角內(nèi)發(fā)射的功率。激光的輸出功率雖然有個限度，但由于其光束細(xì)（發(fā)散特別?。β拭芏忍貏e大，因而其亮度也特別大。把分散在180°范圍內(nèi)的光集中到0.18°范圍，亮度提高100萬倍。河南城建學(xué)院張鳳玲

激光能量在時間和空間上高度集中，能在極小區(qū)域產(chǎn)生幾百萬度的高溫。激光加工、激光手術(shù)、激光武器等就利用了高亮度的特點。激