室温下铯原子气室中6P_3_2_8S_1_2_激发态跃迁的速度选择光谱
材料现代分析方法考试试卷
班级学号姓名考试科目现代材料测试技术A卷开卷一、填空题（每空 1 分，共计20 分；答案写在下面对应的空格处，否则不得分）1. 原子中电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁均称为_辐射跃迁__跃迁或_无辐射跃迁__跃迁。
2. 多原子分子振动可分为__伸缩振动_振动与_变形振动__振动两类。
3. 晶体中的电子散射包括_弹性、__与非弹性___两种。
4. 电磁辐射与物质（材料）相互作用，产生辐射的_吸收_、_发射__、_散射/光电离__等，是光谱分析方法的主要技术基础。
5. 常见的三种电子显微分析是_透射电子显微分析、扫描电子显微分析___和_电子探针__。
6. 透射电子显微镜（TEM）由_照明__系统、_成像__系统、_记录__系统、_真空__系统和__电器系统_系统组成。
7. 电子探针分析主要有三种工作方式，分别是_定点_分析、_线扫描_分析和__面扫描_分析。
二、名词解释（每小题 3 分，共计15 分；答案写在下面对应的空格处，否则不得分）1. 二次电子二次电子：在单电子激发过程中被入射电子轰击出来的核外电子.2. 电磁辐射：在空间传播的交变电磁场。
在空间的传播遵循波动方程，其波动性表现为反射、折射、干涉、衍射、偏振等。
3. 干涉指数：对晶面空间方位与晶面间距的标识。
4. 主共振线：电子在基态与最低激发态之间跃迁所产生的谱线则称为主共振线5. 特征X射线：迭加于连续谱上，具有特定波长的X射线谱，又称单色X射线谱。
三、判断题（每小题 2 分，共计20 分；对的用“√”标识，错的用“×”标识）1．当有外磁场时，只用量子数n、l 与m 表征的原子能级失去意义。
(√) 2．干涉指数表示的晶面并不一定是晶体中的真实原子面，即干涉指数表示的晶面上不一定有原子分布。
(√)3．晶面间距为d101／2 的晶面，其干涉指数为（202）。
(×)4．X 射线衍射是光谱法。
(×)5．根据特征X射线的产生机理，λKβ<λKα。
【doc】铯饱和吸收光谱随抽运光强度的变化
铯饱和吸收光谱随抽运光强度的变化7槲第45卷第l0期1996年lo月物理学No10.October.19961000—3290/96/45(10)/1622—07ACTAPHYSICASINICA@1996ChinPhysSoc铯饱和吸收光谱随抽运光强度的变化陈橡宗筝义民吉望西华景山姚继良杨末海王义道晾大础嚣"m"O3-~z1995720.(年月日收到)'究了铯饱和吸收光谱随抽运光强度变化的情况.特别是,:一,:的曾线的变化行为在线偏振光抽运,线偏振光检测的情况下,计入所有相关的Zeeman子能级之间的跃迁,考虑光抽运与饱和效应的共同作用,运用Runge-Kutta法则求解粒子数方程,计算得出的饱和吸收谱与实验结果符台得较好j丕给出了较直观的物理解释PACC:3280;3220F;0765G1引言碱金属气室的饱和吸收光谱被广泛应用于高分辨率光谱学,激光频率稳定等领域.近年来.由于铯线(852rim)和铷线(780rim)渡长范围的窄线宽半导体激光器的广泛应用,铯和铷的饱和吸收光谱特别受到科研工作者的注意.在量子光学的许多分支中都应用碱金属气室.例如铯原子气室可用于做冷却和囚禁原子的磁光阱的实验.产生磁光阱的激光频率需要锁定在饱和吸收光谱的某一条谱线上l1J,目而研究铯的饱和吸收谱是很有意义的.由于铯原子基态和线的激发态有超精细结构,在饱和吸收光谱实验中,光抽运起着非常重要的作用,这使得观察到的谱线与简单地用两能级模型估计的结果不一致.Nakayama用简单的一次抽运的四能级模型从理论上得出了弱光抽运情况下铯和铷的饱和吸收谱的主线和交叉线的相对强度,但没有考虑饱和效应].Yang用三次光抽运的模型计算了cs的饱和吸收谱J.文献[4]的实验发现Cs6S】/2F=4—6PmF=5跃迁线的正负随着抽运光强度的变化很敏感,也就是说当抽运光强度增加时该信号的符号会改变,但没有给出理论解释.我们在线偏振光抽运,线偏振光检测的情况下从理论上预言铯饱和吸收谱的形状并给出直观定性的物理解释.同样的理论分析也适用于其他的碱金属原子跃迁线和其他的偏振组态.2实验装置实验装置见图I,使用外腔弱光反馈压窄线宽的半导体激光器(SDL)作为光源.其线宽小于1MHz经过偏振棱镜后变为线偏振光,用一块厚的平板玻璃反射出两束平行的弱国家自然科学基金资助的课题10期甘建华等:铯饱和吸收光谱随抽运光强度的变化1623图1铯饱和吸收光谱的实验装置光束作为检测光,它们经过衰减片,铯气室和一块半透半反镜后到达一对光电管上.透过厚玻璃的强光束经过反射镜,可变衰减片,半透半反镜后作为抽运光,它从相反方向与两束弱光束的其中一束在铯气室内重合.抽运光的光强可以通过衰减片调节铯气室为直径20mrll长20mm的圆柱泡,处于室温20℃的环境下.并被包裹在磁屏蔽层中,以消除外界磁场的影响.一个电流一电压变换放大器把两个光电管的信号相减并放图2线偏振光抽运,线偏振光检测示意囤大,以消除多普勒本底,它的输出信号接至存储示波器,可以通过RS232接I:1把饱和吸收谱的数据传送到PC机中.抽运光和检测光都为线偏振且偏振方向平行,取定量子轴方向沿着光的偏振方向.则两束光均为偏振,如图2所示.3理论模型由于较强的光作用使得一个跃迁产生一定程度的饱和,从而在基态和激发态之间产l624物理45卷F4F3F=2'l…一一一r_1一'…r.!一TLj—Ilf;IIIIIfllIILII.L—I1._J.—1.1.』囤3Cs厩于62S1/,和6zP蚍能级的超精细结构噩相关的跃迁生光学相干是饱和光谱的内在特性但是当基态为多能级时,光抽运变得相当重要[2,甚至起着决定性的作用,即使在抽运光的光强很弱的情况下,由于光抽运使得我们也能观测到较强的信号.在这种情况下,光学相干可被忽略,因而可用速率方程而不是用Bloch方程来处理这个问题,用它可很好地懈释弱抽运光情况下的饱和吸收谱的行为.当抽运光变强时,必须考虑到饱和效应,即不再忽略激发态的粒子数,这样就能解释在抽运光变强的过程中饱和效应和光抽运效应的共同作用使得饱和吸收谱信号的表现形式不同的现象.作为近似,我们发现速率方程仍能用于处理抽运光较强的情形cs原子能级如图3,考虑6S1,2F=4—6P3,2F3,4,5的跃迁,原子与抽运光的作用用所有相关子能级的粒子数的速率方程来描述:62sl,2F=4,IF,ri1)=I4,一4),I4,一3),…,j4,4)上的粒子数记作I(,t),2(口,),…,?/9(口,);激发态6P3/2F:3,JF,ril'y)=.3,一3),I3,一2),…,13,3>上的粒子数记作10(口,t),l1(,t),…,16(,t);62P3/2F=4,1F,mF)=I4,一4),l4,一3),…,4,4)上的粒子数记作17(口,),18(,t),…,25(口,t);6P3/2F=5,1F,Ill'F)=15,一5),}5,一4),…,15,5)上的粒子数记作26(,t),27(口,t),…,3(,).我们考虑的所有Zeeman子能级间的相对跃迁几率如图4所示对于基态各子能级62slnF=4,lF,脚),=一4,…,0,…4速率方程具有下列形式[,…w+∑(,￡)(wF(w,)+A:),(1)其中=1,2, (9)对于激发态子能级,速率方程具有下列形式[5],=～c9w…一(,t)AF'm+∑.(,t)w(,),(2)其中=10,11,…,36;A为激发态子能级到基态62Sl/2F=3,4所有子能级的自发跃迁几率之和,A为激发态子能级i至基态子能级的自发跃迁几率,它可以表示为A:=r(n一,)(3)+一～_-1建华等:铯饱和吸收光谱箍抽j兰光强度的变化5-4鞠32j驱10褥F¨=4m't7/'240;F;4mF=3r/i:Il1H"l1F (4I)锥艇,霄孙\』上.△_罔4cs原子6】.2F=4—6%2F=3.4,5跃迂对应的Zeeman子能缀问的相对跃迁1_乙率w(,)为在偏振光作用下激发态子能级i至基态子能级的受激发射跃迁几率3zr(.~l(n.,)(…一+((1㈧(4)w(,)为在偏振光作用下基态子能级i至激发态子能级的受激吸收跃迁几率睁,,(5)(n一)为lF,m)一lF,n跃迁的相对跃迁几率,』为抽运光的光强,=I/n为饱和参数,为饱和光强(J=11Ⅵr/),为激光的角频率,为i)一)跃迁的角频率,r为铯原子62P1/2能级的寿命,c为光速,h为Plan&常数,K为抽运光的波矢量,为原子沿K方向的速度分量,为谱线的线宽,包括自然线宽,激光线宽,碰撞增宽,渡越时间增宽的贡献.至此我们建立了包括基态F=4和激发态F3,4,5所有子能级在内的速率方程,由于未受激光作用时原子处于热平衡分布,所初始条件为珥(,0)=(i=l,…,9);(,0)=0(=10,…,36).运用Ru~ge-Kutta法则可对这36个线性微分方程组成的方程组进J行数值积分,积分时间选为兰(d为抽运光束直径,在实验中抽运光束与检测光束重台,口为铯原子的横向平均速率),得出(,),(i=l,2,…,36).检测光很弱,它检测上下能级的物理45卷粒子数差,对于检测光吸收的改变即我们所得到的饱和吸收谱信号s(,)(对于检测光的吸收减小时信号为正,对于检测光的吸收增大时信号为负)s(,)=C1∑∑(,f)一(,)一(,0)]=1^=1o××(6)其中c为一负的系数,它与检测光的光强有关,i为基态子能级,为激发态子能级, (.,O)为没有光的作用时基态子能级上的粒子数.由于检测光波矢为一K,所以最后一项的分母中一因子成为(一+K).在光波矢方向上铯原子的速度分布为Maxwel1分布,m√(茄)exp)_㈣其中m为铯原子质量,kB为Boltzmann常数,丁为铯原子所处环境的绝对温度实际观察到的饱和吸收谱信号S()/2为S(,)对所有速度求积分,…s()=lS(,72)f()dv.(8)4实验观察和物理解释实验中用锯齿波扫频,使激光频率扫过62S1/2F=4—6P3nF3,4,5跃迁线,可以相对频率,M相对频率/Mltz(a)仆)图5cs62Sl,2F=46PF=3,4,5的饱和吸收谱线(为饱和参数)(a)实验得到的谱线,(b)理论计算得到的谱线一y一2一∞_口工%\毹韶牟10期甘建华等:铯饱和吸收光谱随抽运光强度的变化1627得到三条主线I3.I,I5及三条交叉线I3-|II3,5,I4.5,检测光强为40/~W/cm,取s=0.8,4, l6等值.得到的谱线如图5(a)所示(由于实验中扫频锯齿波的变化,不同值的谱线频率位置不能严格对齐).用这些参数进行理论计算,得到的结果如图5(b)所示,可以看到理论计算结果与实验符合得相当好,随抽运光强变大.各线的强度均有变化跃迁信号的线形和相对高度都与抽运光光强有关,这进一步证实了信号的形状与光抽运的强弱有关只有6S1/2F=4—6P3/2F=5跃迁信号(I5)的符号会改变,其他跃迁信号(I3,I4,I3.4,I3.5.I.5)的符号总是正的在抽运光光强小的时候,6zS】,2F=4—6PF=5跃迁对应的饱和吸收信号为负.负的信号代表对检测光吸收的加强因为在多能级系统中有效的需要多个自发辐射周期,偏振抽运光较弱时,在一定的作用时间内.光抽运的结果使得原子在基态F=4,lmFl小的态聚集,而对于偏振的检测光,F=4,mFl小的态具有较大的受激吸收跃迁几率,这导致了在该跃迁频率处对于检测光的吸收变强,表现为负的信号.当抽运光光强大的时候,饱和效应变得突出,上能级F=5的粒子数增加,受激发射使检测光变强;下能级F=4的粒子数减少,对于检测光的受激吸收减小,总的效果为对于检测光的吸收减小.表现为正的信号.特别有趣的是在适当的抽运光光强情况下.F=4一F=5跃迁线表现为在一个较宽凹陷的中间有一个向上窄的尖峰这可以作如下解释:当激光频率偏离共振中心频率时,光抽运的效果仍较强,但是在上能级的粒子数则不多,即饱和不明显,这与共振时但抽运光光强小时的光抽运效果是一样的,导致对检测光的吸收加强,因而在F=4一F=5的共振线中心两侧的信号为负;当激光频率更加靠近中心时,跃迁几率变大,上能级粒子数增加,饱和效应显着,使得对于检测光的吸收减小,表现为向上的尖峰.这个尖峰的中心并不与宽的凹陷中心即F=4一=5跃迁线的中心重台,这个偏移是由于抽运光的光压引起的j抽运光的光压改变了原子的速度分布,检测光感受到这个速度变化从而导致了这个偏移.由于F=4一=5跃迁是一个封闭的系统,因而光压的影响得以表现¨本文研究了cs6S】,2F=4—6P3/2F3,4,5的饱和吸收谱线随抽运光光强变化的情况光抽运效应,饱和效应的竞争导致了这些变化,光抽运引起粒子在基态各子能级的重新分配和计入上能级的粒子数的存在,是理论分析的关键.对于F=4一F=5跃迁信号的行为进行了解释,抽运光弱时,光抽运起主导作用,信号为负;抽运光较强时,光抽运和饱和效应的作用大致相当,因而在凹陷中间又出现了一个向上的尖峰;当抽运光进一步变强时,饱和效应占主导地位,表现出的信号为正.用速率方程对于不同抽运光强下的饱和吸收谱进行了计算,所得结果与实验符台得相当好,同样的理论分析也适用于其他的跃迁线和其他偏振组态的饱和吸收谱感谢与郑乐民教授的有益讨论]A.Clairon,CS~tomon,SGueltati,WDPhillips,EurophysLeft.16(199D,1651628物理45卷2[3][4]【5]l6】[7]SNakayama.JPJApplPh3~-,z4(1985),1D.HY attg,Y.0Wang.OptCommun.,74(1989),54HSLee.SEPark】DPark,HCho,,.OptAm,BII(1994),558VIBaiykin.OptCommun.33(1980).31RGrimm.JMiynek.Appl,B49(1989).179一OSchRfidt,KMKn神k,Rwynas,DMes^hede,^矗,Phys,B59(1994),167 THEDEPENDENCEoFCsSA TURATEDABSoRPTIoN SPECTRAoNTHEINTENSITY oFPUMPINGLIGHT GANJlAN—HUACHENXU-ZONGLtYt.MINJlWANG-XIHUAJING-SHANYAOJI-LIANGY ANGL~JNG-HAIWANGYI—QIU (DepartmentofRadmElectronicsPekingUni~rsity,B~iing100871)(Received20Jtdy1995)ABSTRACT ThedependenceofCssaturatedabsorptionspectraontheintensityofpumpinglight,es—peciallythatofthespectrumoI62S1/2F:4÷6P3/2F=5,wasmeasuredandcalculated Whenthepumpinglightandprobinglightwerelinearlypolarized,therelativemagnitudesof theresonancesignalswerecalculatedbysolvingaset0{rateequationswithRunge—Kuttaal —gorithm,takingintoconsiderationtheopticalpumpingprocessandthesaturationintheZee—mansublevelsofthehyperfinestructure.Thetheoretiealealculationswereingoodagreement withtheexperimentalresults.PACC:3280;3220F;0765G。
原子物理选择题解答
《原子物理》选择题(1-1) 1用相同能量的α粒子束和质子束分别与金箔正碰，测量金原子核半径的上限. 问用质子束所得结果是用α粒子束所得结果的几倍？ A. 1/4 √B . 1/2 C . 1 D. 2(1-2) 2如果用相同动能的质子和氘核同金箔产生散射,那么用质子作为入射粒子测得的金原子半径上限是用氘核子作为入射粒子测得的金原子半径上限的几倍？ A.2 B.1/2 √C.1 D .4(2-1) 3 氢原子光谱赖曼系和巴耳末系的系线限波长分别为：A.R/4 和R/9B.R 和R/4C.4/R 和9/R √D.1/R 和4/R(2-2) 4氢原子基态的电离电势和第一激发电势分别是：√A ．13.6V 和10.2V; B –13.6V 和-10.2V; C.13.6V 和3.4V; D. –13.6V 和-3.4V(2-3) 5 氢原子被激发后其电子处在第四轨道上运动,按照玻尔理论在观测时间内最多能看到几条线？A.1 √B.6C.4D.3(2-4) 6有速度为1.875m/s 106⨯的自由电子被一质子俘获,放出一个光子而形成基态氢原子,则光子的频率（Hz ）为: A ．3.3⨯1015； B.2.4⨯1015 ； √C.5.7⨯1015； D.2.1⨯1016.(2-5) 7 假设氦原子（Z=2）的一个电子已被电离，如果还想把另一个电子电离，若以eV 为单位至少需提供的能量为： √A 54.4 B. -54.4 C.13.6 D.3.4(3-1) 按照德布罗意物质波假设,任何运动的实物粒子都具有波动性,但在通常条件下,宏观粒子的波动性不易显示出来,这是由于:A 振幅太小B 频率太低 √C 波长太短D 速度小于光速(3-2) 光子的波长与电子的波长都为5.0 ⨯10-10 m ，问光子的动能与电子的动能之比是多少？A. 1;B. 4.12 ⨯102;C. 8.5 ⨯10-6;D. 2.3 ⨯104 (3-3) 在氢原子中电子处于玻尔第二轨道的德布罗意波长是A. λ=p/h √B. λ=4πa 1C. λ =8πa 1D. λ= /mv(3-4) 不确定关系是微观物质的客观规律，它来源于A.在微观范围轨道概念不适用； √B.实物粒子具有二象性；C.对微观体系，目前实验精度不够；D.实验上发现能级有一定宽度。
原子物理学_杨福家第二章习题答案[1]
![原子物理学_杨福家第二章习题答案[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/1489fe9070fe910ef12d2af90242a8956becaaa5.png)
原⼦物理学_杨福家第⼆章习题答案[1]第⼆章习题2-1 铯的逸出功为1.9eV ，试求： (1)铯的光电效应阈频率及阈值波长；(2)如果要得到能量为1.5eV 的光电⼦，必须使⽤多少波长的光照射? 解：（1）∵ E =hν-W 当hν=W 时，ν为光电效应的最低频率（阈频率），即ν =W /h =1.9×1.6×10-19/6.626×10-34 =4.59×1014 ∵ hc /λ=w λ=hc /w =6.54×10-7(m) (2) ∵ mv 2/2=h ν-W∴ 1.5= h ν-1.9 ν=3.4/h λ=c /ν=hc /3.4(m)=3.65×10-7m 2-2 对于氢原⼦、⼀次电离的氦离⼦He +和两次电离的锂离⼦Li ++，分别计算它们的：(1)第⼀、第⼆玻尔轨道半径及电⼦在这些轨道上的速度； (2)电⼦在基态的结合能；(3)由基态到第⼀激发态所需的激发能量及由第⼀激发态退激到基态所放光⼦的波长．n eeπε Z n a∴H: r 1H =0.053×12/1nm=0.053nm r 2 H =0.053×22/1=0.212nmV 1H =2.19 ×106×1/1=2.19 ×106(m/s) V 2H =2.19 ×106×1/2=1.095 ×106(m/s)∴He+: r 1He+=0.053×12/2nm=0.0265nm r 2He+=0.053×22/2=0.106nmV 1 He+=2.19 ×106×2/1=4.38 ×106(m/s) V 2 He+=2.19 ×106×2/2=2.19 ×106(m/s)Li ++: r 1 Li++=0.053×12/3nm=0.0181nm r 2 Li++=0.053×22/3=0.071nmV 1 Li++=2.19 ×106×3/1=6.57 ×106(m/s) V 2 Li++=2.19 ×106×3/2=3.28 ×106(m/s)(2) 结合能：⾃由电⼦和原⼦核结合成基态时所放出来的能量，它∵基态时n =1H: E 1H =-13.6eVHe+: E 1He+=-13.6×Z 2=-13.6×22=-54.4eV Li ++: E 1Li+=-13.6×Z 22(3) 由⾥德伯公式 =Z 2×13.6×3/4=10.2Z 2注意H 、He+、Li++的⾥德伯常数的近似相等就可以算出如下数值。
2021年现代分析测试技术期中小测试及答案
填空题1、量子力学的三个基本假设_______________、_______________、_______________。
2、半宽度容易受到多种因素的影响，请列举2个影响因素_______________、_______________。
3、经过半学期的课程，列举2种原子分子光谱法，并分别阐述其原理_________________、______________________________________________________________________________________、______________________________________________________________________。
4、在原子吸收分析中常使用的光源是_______________,其光源需要满足的其中一个条件是_______________________________________。
5、原子吸收分光光度计的组成仪器一般是，光源、___________、___________、检测器，在原子吸收光谱法中检测器通常使用_____________。
6、在磁场作用下简并的谱线发生分裂的现象称为____________，光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射被称为______________。
7、原子荧光的类型: _________________、_______________、________________。
8、原子荧光的激发光源一般是____________________、_____________________9、原子在高温时被激发，发射某一波长的谱线，而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的辐射。
由于发射谱线的宽度比吸收谱线的宽度大，所以，谱线中心的吸收程度要比边缘部分大，因而使谱线出现“边强中弱”的现象。
这种现象称为_______________10、朗伯比尔定律__________________________11、光吸收定律(透光度与吸光度的关系)___________________12、紫外可见分光光度计的比色皿在紫外和可见区是不同的，在可见区使用______________,紫外区使用_______________。
光谱类仪器分析试题集
光谱类仪器分析1、 填空题1、 原子吸收法中遇到的干扰归纳起来为：______、______、______、光谱干扰、物理干扰和其他干扰几种类型。
2、 不同于火焰原子化，石墨炉高温原子化采用直接进样和程序升温方式，样品需经过______、______、______三个阶段。
3、 光谱干扰主要来自吸收线______，以及在光谱通带内多于一条吸收线和在光谱通带内存在光谱发射的______等。
4、 火焰原子吸收分光光度法中，测定钙、镁时多用______或______做释放剂。
5、 原子吸收分光光度法的分光系统，只是把待测原子的吸收谱线与其他谱线______。
6、 火焰原子吸收分光光度计常用______作为光电转换元件。
7、 火焰原子吸收光度测定时，当空气乙炔比大于6：1时，称为______性火焰。
8、 空气—氢火焰是______火焰，适于测定易电离大的金属元素，尤其是______、______和Sn等元素。
9、 火焰原子吸收分光光度法中，背景吸收时一种______信号，包括______、______和火焰气体的吸收等。
10、当土壤消解液中铁含量大于______mg/L时，抑制锌的吸收，加入______可消除共存成分的干扰。
11、原子荧光光谱法的仪器装置由三个主要部分所组成，即______、______以及______。
12、原子荧光有______、______、______、敏化荧光和多光子荧光五种基本类型。
13、用产生1%吸收或0.0044吸光度所需要的被测组分浓度或量来表示______的灵敏度，称为______或______。
14、在土壤本底调查中，需要进行土壤成分的全量分析，通常采用______和______。
15、ICP—AES法的主要优点是精密度与准确度高、______、______、同时或顺序测定多元素。
2、 单项选择题1、 下列元素中，______元素属于容易原子化的元素（解离能低于90kcal/mol）A.锌B.锰C.铁D.钡2、火焰原子吸收分光光度法中，铜的特性谱线是______nm。
1.1.1能层与能级 基态与激发态 原子光谱 课件 高二下学期化学人教版(2019)选择性必修2
[微自测]
4.下列说法中正确的是（ A ）
A. 1s22s12p1表示的是激发态原子的核外电子排布 B. 3p2表示3p能级有两个原子轨道 C. 同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 D. 同一原子中，2p、3p、4p能级中的轨道数依次增多
思考与讨论：
(1)一个能层的能级数与能层序数(n)间存在什么关系? 一个能层最多可容纳的电子数与能层序数(n)间存在什么关系?
能层n(由近到远) 一
二
三
四
五
符号
K
L
M
N
O
最多电子数
2 2×12
8
18
32
50
2×22 2×32 2×42 2×52
六
七
P
72 2×62
Q
98 2×72
(3)能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为 _ E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q) 。
（4）. 核外电子排布的一般规律
三、电子云与原子轨道
1.电子云 1.含义：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间 的概率密度分布的形象化描述。不代表电子的运动轨迹。
小点不是电子本身， 小点是1s电子在原子 核外出现的概率密度 的形象描述。
小点越密，表明 概率密度越大。
概率密度分布图
概率密度分布图
2. 电子云轮廓图
①绘制电子云轮廓图的目的：表示电子云轮廓的形状，对核外电子的
空间运动状态有一个形象化的简便描述。
z
s电子云轮廓图球形
x
y
p电子云轮廓图哑铃状
d电子云轮廓图是花瓣形或双哑铃
形。有5种空间伸展方向。
f 电子云轮廓图有7种空间伸展方向。
铯蒸气中产生的1（a）~3Σ_u~＋→2~3∏_g（0_g~（＋,-）,1_g,2_g）扩散带
铯蒸气中产生的1（a）~3Σ_u~＋→2~3∏_g（0_g~（＋,-）,1_g,2_g）扩散带王贵平【摘要】分析了在采用高分辨的多通道光谱仪AvaSpec-2048FT对铯分子蒸汽吸收光谱进行测量时观测到了奇特的扩散带吸收谱线,中心在706.6 nm、713.2 nm 和719.0 nm,对应铯分子1（a）~3Σ_u~＋→2~3∏_g（0_g~（＋,-）,1_g,2_g）三重态的跃迁,并对扩散带吸收系数随温度的变化进行了讨论。
%We performed Cs2 absorption measurements using a high-resolution AvaSpec Multi-channel AvaSpec-2048FT measured Cs2 electronic transition absorption spectrum.The peculiar diffuse bands 1（a）~3Σ_u~＋→2~3∏_g（0_g~（＋,-）,1_g,2_g） were observed,corresponding the wavelengths are 706.6nm、713.2nmand 719.0nm,and diffusion absorption coefficient changing with temperature are discussed.【期刊名称】《长治学院学报》【年(卷),期】2012(029)002【总页数】3页(P37-39)【关键词】扩散带;铯分子;吸收谱【作者】王贵平【作者单位】长治学院物理信息与电子工程学院,山西长治046011【正文语种】中文【中图分类】O56在碱金属分子吸收光谱测量实验中，利用热管炉对放在玻璃泡中的碱金属加热,在临界温度液态的碱金属全部蒸发，包含原子和分子的混合金属蒸汽同时存在于玻璃泡中，随着温度的升高碱金属分子密度随会增加，最终形成高密度的碱金属分子蒸汽。
- 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)。
量子光学学报15(2):180～184,2009A cta S inica Q uantum O ptica文章编号:100726654(2009)022******* 室温下铯原子气室中6P3/228S1/2激发态跃迁的速度选择光谱杨保东, 赵江艳, 梁强兵, 杨建峰, 何 军, 张天才, 王军民 (量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西大学光电研究所,山西太原030006)摘要:以室温下的气室铯原子为介质,采用泵浦探测的方法获得激发态之间的光谱。
在泵浦光与探测光相向、同向作用于铯原子得到的激发态超精细光谱有很大的差异。
当考虑多普勒效应的影响,其分析结果与实验结果相一致。
关键词:激发态光谱; 泵浦探测光谱; 多普勒效应; 麦克斯韦速度分布中图分类号:O431 文献标识码:A0 引言高分辨率的激光光谱在实际中有着广泛的应用,如激光冷却与俘获原子,玻色爱因斯坦凝聚,激光稳频,精密测量,以及原子的超精细结构研究等[122],不断提高光谱的分辨率,是激光光谱学中一个永恒的主题。
对于室温下气室中的原子,由于存在多普勒展宽而限制了原子光谱的精度,淹没了原子光谱中细微的谱线结构。
目前已经发展了许多种消除原子吸收谱中多普勒展宽的方法,如原子束光谱、饱和吸收光谱,偏振光谱等。
尽管饱和吸收光谱是一种传统且有效的获得亚多谱勒光谱的实验技术,但其主要集中于基态与激发态之间的光谱研究[3]。
双光子光谱也是一种获得亚多谱勒光谱的方法,结构与饱和吸收光谱类似,采用相向传输的光束,但其实验中要求光的功率足够强,这样会对原子的能级造成一定的AC Stark频移[4]。
随着磁光阱实验技术的发展,人们获得较低温度的冷原子,从而获得了无多谱勒展宽的光谱,但其实验装置复杂,对实验技术要求也高,更重要的是磁场会对其光谱造成一定的影响[5]。
最近,Geol Moon等人数值模拟计算了基态、激发态之间基于速率选择的泵浦探测光谱(V S O P)[6]。
从以上可以看出,对光谱的研究主要集中在基态与激发态之间的光谱,而对于激发态与激发态之间的光谱研究的相对较少。
通常情况下,原子遵循玻尔兹曼分布,大多数原子处于基态,因此不能直接获得激发态之间的光谱。
基于激发态之间无多普勒展宽的光谱优点, Sasada、Boucher、B reton等人将其用于光通讯波段的激光器稳频,超精细能级间隔的测量等工作[729]。
近来,Kanhaiya Pandey等人对87R b原子激发态5P27S跃迁线的频率间隔进行了精确测量,其结果可与光频梳测量结果相媲美[10]。
我们在实验中发现,由于室温下各种速度分量的原子都存在,使得激发态的光谱变得较为复杂。
但无论对于激光稳频,还是对原子超精细结构等研究,对于谱的识别是最基本、最重要的一环。
3收稿日期:2008212231基金项目:国家自然科学基金(60578018,10434080,60821004);教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET2072 0524);国家重大研究计划课题(2006CB921102);高等学校博士点专项科研经费(20070108003);山西省自然科学基金(2007011003);山西省回国留学人员科研经费作者简介:杨保东(19802),男,山西神池人,在职硕士生,主要从事冷原子物理和激光光谱等方面的实验研究工作。
通讯作者:E2m ail:ww jj m m@1 实验原理及实验装置实验相关的铯原子超精细能级如图1所示。
6P 3/2态是铯原子的一个激发态,自然线宽为 5.22MHz (饱和光强I sat1=1.12mW /cm 2),其包含有F ’=2,3,4,5四个超精细能级,能级间隔分别为151MH z,201MHz,251MHz 。
8S 1/2态是铯原子的另外一个激发态,包含有F ”=3,4两个超精细能级,能级间隔为876MH z 。
8S 1/2态和6P 3/2态之间的自然线宽为 2.18MH z (饱和光强I sat2=0.57mW /cm 2)。
光栅外腔半导体激光器ECDL1(External Cavity D iode Laser )工作于基态6S 1/2到激发态6P 3/2态之间;而光栅外腔半导体激光器ECDL2工作于激发态6P 3/2态和8S 1/2态之间。
图1 相关的铯原子超精细能级Fig .1D iagram of relevant hyperfine levels of cesium atom图2为实验示意图。
实验中使用两台光栅外腔半导体激光器(Op tica DL 2100),二者的线宽均在1MHz 左右(1s )。
其中激光器ECDL1作为泵浦光源,可通过饱和吸收光谱将其频率进行锁定,其在铯泡中的光束直径约2mm ,通过其将原子从6S 1/2的基态布居到6P 3/2的激发态。
激光器ECDL2作为探测光源,其在铯泡中的光束直径为1mm 左右,当其在整个6P 3/2态到8S 1/2态的范围内扫描,就得到了这些激发态之间的超精细光谱。
泵浦光束与探测光束在铯泡中的夹角要尽可能小,约0.02rad 。
一个腔长为149mm 、精细度约100左右的共焦法布里-珀罗腔来定标谱线之间的间距。
实验中所用的铯泡其长度为5cm ,直径为2cm。
(a )泵浦光与探测光相向作用于铯原子(b )泵浦光与探测光同向作用于铯原子图2 实验示意图Pump laser beam counter 2p r opagating (a )and co 2p r opagating (b )w ith p robe laser beamschem es inside a C s vapor cell .Fig .2 Schem atic diagram of the experi m ental set up2 实验结果及讨论当泵浦光分别锁于6S 1/2(F =4)26P 3/2(F ’=3,4,5),泵浦光与探测光相向作用于室温气室铯原子,二者均为线偏振光,典型功率几个毫瓦,得到的光谱如图3所示,其与图1能级间距基本相符。
当把泵浦光与探测光的功率降低到几百微瓦,就发现上图谱线上的峰发生了一定程度的“分裂”。
若实验中泵浦光的频率锁定到6S 1/2(F =4)26P 3/2(F ’=4)的超精细跃迁线上,泵浦光和探测光均为线偏振光,相向作用于室温气室铯原子,其功率分别为300μW 和150μW ,测量得谱线如图4所示。
分析表明,这是多普勒效应影响的结果。
具体原因如下:泵浦光的频率锁定到6S 1/2(F =4)26P 3/2(F ’=4)的跃迁线上时,铯泡中在光路方向上零速度分量的原子就被布居到6P 3/2(F ’=4)态上。
与此同时,考虑到多普勒效应的影响,6P 3/2(F ’=3)、6P 3/2(F ’=5)也布居了在光路方向上特定速度分量的原子,这两群特定速度分量・181・杨保东等 室温下铯原子气室中6P 3/228S 1/2激发态跃迁的速度选择光谱图3 激光器ECDL1分别锁于6S1/2(F =4)26P 3/2(F ’=3,4,5)的跃迁线上,泵浦光与探测光相向作用于铯原子气体所得到的激发态之间的光谱Fig .3 The excited spectra of cesium 6P 28S hyperfinetransition for pump laser beam counter 2p r opagating w ith p r obe laser beam schem e inside a C s vapor cell when the ECDL1is locked to the 6S 1/2(F =4)26P 3/2(F ’=3,4,5)hyperfine transiti on,respectively.图4 激光器ECDL1锁于6S 1/2(F =4)26P 3/2(F ’=4)的跃迁线上,泵浦光与探测光相向作用于铯原子气体所得激发态之间的光谱Fig .4 The excited spectra of cesium 6P 28S hyperfinetransition for pump laser beam counter 2p r opagating w ith p r obe laser beam schem e inside a C s vapor cell when the ECDL1is locked to the 6S 1/2(F =4)26P 3/2(F ’=4)hyperfine transiti on .的原子对于泵浦光6S 1/2(F =4)26P 3/2(F ’=4)的跃迁线分别负失谐201MH z (对应于在泵浦光方向上速度分量为171.5m /s 的原子)和正失谐251MH z (对应于在泵浦光反方向上速度分量为213.9m /s 的原子)。
根据麦克斯韦速度分布公式(m /2πk b T )1/2e-m v2/2k bT(m 为原子的质量,k b为玻尔兹曼常数,T 为室温温度300K ),热原子气室中存在相当比例上述速度分量的原子,见图5。
然而,这些速度分量的原子对于与泵浦光相向的探测光来说,根据公式ν=ν0(1±v /c ),其失谐量分别约为正失谐215.9MH z 和负失谐269.3MH z 。
因此,这两个激发态之间的超精细光谱相对位置如图6所示,分析得谱线之间的间距与实验结果图4相一致。
图5 麦克斯韦速度分布Fig .5 M ax well velocity distributi on另外,在泵浦光与探测光相向作用于铯原子,当泵浦光的频率锁定到6S 1/2(F =4)26P 3/2(F ’=3)的超精细跃迁线上时,所得谱线如图7所示,与用上述方法分析所得结果一致。
实验上也观察了在泵浦光与探测光同向作用于铯原子气体时的光谱,其结果与分析结果一致。
如激光器ECDL1锁于6S 1/2(F =4)26P 3/2(F ’=4)的跃迁线上,实验测得6P 3/2(F ’=4)28S 1/2(F ”=4)和6P 3/2(F ’=5)28S 1/2(F ”=4)两条跃迁线之间的间距为524MHz,用同样方法得计算结果为520MHz;6P 3/2(F ’=4)28S 1/2(F ”=3)和6P 3/2(F ’=4)28S 1/2(F ”=4)两条跃迁线之间的间距为877MH z,能级图1上为876MHz,在一定误差范围内测量结果与计算结果相符。
・281・量 子 光 学 学 报 15(2) 2009 激光器ECDL1锁于6S1/2(F=4)26P3/2(F’=4)的跃迁线上,以泵浦光与探测光相向作用于铯原子气体为例进行说明。
图6 激发态超精细光谱之间的相对位置Fig.6 The relevant position bet w een the excited spectra for pump laser beam counter2p r opagating w ith p robe laser beam schem e inside a C s vapor cell when the ECDL1is l ocked to the6S1/2(F=4)26P3/2(F’=4)hyperfine transition.图7 激光器ECDL1锁于6S1/2(F=4)26P3/2(F’=3)的跃迁线上,泵浦光与探测光相向作用于铯原子气体所得激发态之间的光谱Fig.7 The excited spectra of cesium6P28S hyperfinetransition for pump laser beam counter2p r opagating w ith p r obe laser beam schem einside a C s vapor cell when the ECDL1islocked t o the6S1/2(F=4)26P3/2(F’=3)hyperfine transiti on.3 结论从上述实验结果与讨论可以看出,在泵浦光与探测光相向作用于原子时,6P3/2(F’=3,4)28S1/2(F”=3)这些超精细谱线之间的间距较小,其与6P3/2(F’=3,4)超精细能级的间隔及泵浦光和探测光的频率差有关:能级间隔、频率差越小,间距越小;6P3/2(F’=3,4,5)28S1/2(F”=4)超精细谱线之间的间距也如此。