自发跃迁和感应跃迁

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光纤通信技术 第 版 课后答案 孙学康 张金菊 人民邮电出版社

光纤通信技术 第 版 课后答案 孙学康 张金菊 人民邮电出版社

4.什么是激光器的阈值条件?
答:激光器需满足一定的条件才可以发出激光,要使激 光器产生自激振荡,最低限度应要求激光器的增益刚好 能抵消它的衰减。将激光器能产生激光振荡的最低限度 称为激光器的阈值条件
阈值条件为:
Gt
i
1 2l
ln
1 r1r2
5.简述半导体的光电效应?
答:光照射到半导体的P-N结上,若光子能量足够大,则 半导体材料中价带的电子吸收光子的能量,从价带越过 禁带到达导带,在导带中出现光电子,在价带中出现光 空穴,即光电子—空穴对,又称光电子载流子。
12.什么是受激拉曼散射和受激布里渊散射?
答:如设入射光的频率为f0,介质分子振动频率为 fv,则散射光的频率为:fs=f0士fv,这种现象称为受 激拉曼散射
受激布里渊散射与受激拉曼散射相比较物理过 程很相似,都是在散射过程中通过相互作用,光波 与介质发生能量交换,但受激布里渊散射所产生的 斯托克斯波在声频范围,其波的方向和泵浦光波方 向相反,而受激拉曼散射所产生的斯托克斯波在光 频范围,其波的方向和泵浦光波方向一致
即:
VC(LP01)<V<VC(LP11) 0<V<2.40483
8. 什么是单模光纤的双折射?
答:在单模光纤中,电场沿x方向或y方向偏振的偏 振模LPx及LPy,当它们的相位常数不相等时(即βx≠ βy ),这种现象称为模式的双折射
9. 什么是光纤的色散?色散的大小用什么来描述? 色散的单位是什么?
受激吸收的特点:
(1)这个过程必须在外来光子的激发下才会产生
(2)外来光子的能量等于电子跃迁的能级之差
(3)受激跃迁的过程不是放出的能量,而是消耗外 来光能
受激辐射的特点:

波谱重要名词

波谱重要名词

红外基频峰:分子振动能级由基态跃迁到第一激发态产生的吸收峰。

Fermi 共振:是指由频率相近的倍频峰或合频峰与基频峰相互作用而产生的,结果使倍频峰或合频峰的强度增大或发生裂分。

是振动偶合的特殊形式。

紫外光谱选律:原子和分子与电磁波相互作用,从一个能级跃迁到另一个能级要服从一定的规律,这些规律叫光谱选律。

允许跃迁:能级的跃迁根据选律是可能的。

跃迁几率大,吸收强度大。

禁阻跃迁:能级的跃迁根据选律是不可能的。

跃迁几率小,吸收强度弱。

发色团:分子中能吸收紫外光和(或)可见光的结构系统, (凡是具有π键电子的基团).助色团: 有n电子的基团,如:-OH,-OR,-NHR,-SR,-SH,-Cl,-Br,-I.吸收峰向长波方向移动,强度增强。

红移(Red shift):吸收峰向长波方向移动,强度增强,增色作用(效应)。

蓝移(Blue shift) :短波方向移动,减色作用(效应)。

末端吸收:在仪器极限处(190 nm)测出的吸收为末端吸收。

*R带(基团型, Radikalartig德文), 由n→π*引起, 强度较弱(ε﹤100). λmax 319nm*K带(共轭型, Konjuierte德文), 由π→π*引起,强吸收(ε﹥10000). λmax 210nm ~250nm*B带(苯型谱带, Benzenoid bands),由苯环π→π*引起, λmax 230nm ~270nm,中心256nm处。

*E带(乙烯型, Ethylenic bands),苯由苯环中的乙烯或共轭乙烯键π→π*引起, E1带在184 nm, E2带在204 nm处.核磁共振饱和:低能级核全部向高能级跃迁,不再吸收能量,核磁共振信号逐渐衰退,直至完全消失,这种状态叫饱和.驰豫:低能级核向高能级跃迁,高能态必须放出能量回到低能态,使低能态核始终维持优势。

非辐射到低能态的过程称为驰豫。

固定磁场强度B0,改变电磁辐射频率(ν)获得共振信号,叫扫频。

鉴定和识别有机化合物中的电子跃迁类型

鉴定和识别有机化合物中的电子跃迁类型

鉴定和识别有机化合物中的电子跃迁类型一、实验目的1.熟悉有机化合物中几种主要的电子跃迁类型。

2.了解环境对体系的影响。

二、方法原理1.在有机化合物中常常遇到的电子跃适类型如下表所示:某些常见生色团的吸收特性2.生色团是分子中能吸收紫外可见光、而产生电子跃迁的基团,当它们与无吸收的饱和基团相连时,其吸收波长出现在185~1000nm之间。

3.根据生色团的吸收带类型,可将其分为(1)产生于л→л*跃迁的K带;(2)产生于n →л*的R带;(3)产生于芳香化合物禁阻л→л*跃迁的B带。

4.助色团是一些具有非键电子的基团,如-OH、-OR、-NHR、-Cl、-Br等,它们本身不能吸收大于200nm的光,但当它们与生色团相连时,会增加生色团的吸收强度,改变分子的吸收波长。

当分子中含有两个或两个以上的生色团时,它们之间的相对位置将会影响分子的吸收带,其一般规律如下:(1)当分子中两个生色团被一个以上的碳原子分开时,产生的吸收等于两个生色团单独存在时的和。

(2)当分子中两个生色团相邻时,其吸收波长比只有一个生团时出现在较长波长处,且吸收强度增强。

(3)当分子中两个生色团同时与一个碳原子相连时,其吸收情况是上述(1)、(2)两种极端条件的中间状态。

吸收峰的位置及强度随使用的溶剂不同而异。

这些影响与溶剂的性质、吸收带的特征以及溶剂的性质有关。

一般说来,随着溶剂极性的增加,n →л*跃迁吸收带向短波移动,而л→л*跃迁带向长波移动。

三、仪器与试剂TU-1900双光束紫外可见分光光度计。

1cm 石英比色皿。

1.2.0×10-3mol·L-1碘甲烷,溶剂:己烷;2.2.0×10-3mol·L-1碘甲烷,溶剂:甲醇;3.1.0×10-2mol·L-1丙酮,溶剂:水;4.1.0×10-2mol·L-12,5-己二酮,溶剂:水;5.4.0×10-3mol·L-1甲基酮,溶剂:水;6.4.0×10-3mol·L-1苯,溶剂:甲醇;7.3.1×10-3mol·L-1苯酚,溶剂:甲醇;四、操作步骤1.用与该溶液对应的溶剂为参比,分别测定上述7种溶液在200~650nm范围内的吸收光谱曲线。

波谱考试知识点

波谱考试知识点

1.不同物质的λmax有时可能相同,但εmax不一定相同;2.有机化合物的紫外—可见吸收光谱,是其分子中外层价电子跃迁的结果(三种):σ电子、π电子、n电子外层电子吸收紫外或可见辐射后,就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。

主要有四种跃迁所需能量ΔΕ大小顺序为:n→π*< π→π*< n→σ*< σ→σ*3.σ→σ*跃迁所需能量最大,σ电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。

饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长λ<200nm,只能被真空紫外分光光度计检测到)。

如甲烷的λ为125nm,乙烷λmax为135nm。

n→σ*跃迁所需能量较大。

吸收波长为150~250nm,大部分在远紫外区,近紫外区仍不易观察到。

含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现n →σ*跃迁。

如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n →σ*跃迁的λ分别为173nm、183nm 和227nm。

π→π*跃迁所需能量较小,吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区,摩尔吸光系数εmax一般在104L·mol-1·cm-1以上,属于强吸收。

不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。

如:乙烯π→π*跃迁的λ为162 nm,εmax为: 1×104 L·mol-1·cm-1。

n →π*跃迁需能量最低,吸收波长λ>200nm。

这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁,摩尔吸光系数一般为10~100L·mol-1 ·cm-1,吸收谱带强度较弱。

分子中孤对电子和π键同时存在时发生n →π*跃迁。

丙酮n →π*跃迁的λ为275nm εmax为22 L·mol-1·cm -1(溶剂环己烷)。

4.生色团:最有用的紫外—可见光谱是由π→π*和n→π*跃迁产生的。

这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。

这类含有π键的不饱和基团称为生色团。

2024年高考物理氢原子光谱知识点总结

2024年高考物理氢原子光谱知识点总结

2024年高考物理氢原子光谱知识点总结2024年高考物理考试的物理氢原子光谱知识点总结如下:1. 氢原子光谱的基本特点:氢原子光谱是由氢原子的电子在不同能级之间跃迁所产生的。

它具有明亮的谱线和离散的能级结构。

2. 氢原子的能级结构:氢原子的能级由一系列具有不同能量的能级组成,其中最低的能级为基态(n=1),其他能级称为激发态(n>1)。

每个能级都有特定的能量值和对应的主量子数n。

3. 氢原子光谱系列:氢原子光谱可分为巴尔末系列、帕维系列和布莱克曼系列。

巴尔末系列是电子从高能级(n>2)跃迁到第二能级(n=2)时产生的谱线,帕维系列是电子从n>3的能级跃迁到第三能级(n=3)时产生的谱线,布莱克曼系列是电子从n>4的能级跃迁到第四能级(n=4)时产生的谱线。

4. 氢原子的能级间距:氢原子的能级间距由公式∆E = -13.6eV/n^2计算,其中∆E为能级间距,n为主量子数。

不同的能级间距对应不同的能量和频率。

5. 能级跃迁和光谱线的产生:当氢原子的电子跃迁到较低能级时,从高能级到低能级的能量差将以光子的形式释放出来,产生光谱线。

光谱线的波长和频率与能级差有关,可由公式λ = c/f和E = hf 计算,其中λ为波长,c为光速,f为频率,E为能量,h为普朗克常数。

6. 波尔理论:根据波尔理论,氢原子电子的能量是量子化的,只能处于特定的能级,而不能连续地存在于任意能级。

波尔理论通过引入角动量量子化条件和能级跃迁的辐射条件,成功解释了氢原子光谱的特点。

7. 色散光谱的测量:色散光谱仪是测量光谱的常用仪器。

它利用透镜或棱镜对光进行分散,使不同波长的光线分离,从而观察到光谱线。

通常使用光栅或棱镜作为色散元件,将光线按波长进行分散。

总之,物理氢原子光谱是高考物理中的重要知识点,考生应熟练掌握氢原子能级结构、能级跃迁和光谱线的产生原理,以及氢原子光谱的测量方法和数学计算公式。

激光原理作业-深大

激光原理作业-深大

1、激光与普通光源的本质区别是什么?请详细描述。

激光是受激辐射的光放大,由特定的发光物质及特殊的结构部件所组成,而普通光源则随处可见。

普通光源是自发的原子和光子的跃迁。

而他们的发光的微观机制是共同的,都是在外界条件的激励下,光源中的原子、分子吸收能量而处于一种不稳定的激发态,在没有任何外界的作用的情况下,他能自发的跃迁回低的激发态或基态,并发射出一定频率的电磁波。

普通光源的从四面八方发光的,而激光发射的光线是朝一个方向传播的。

激光的亮度极高,是普通光源的几百万倍。

激光的颜色极纯,而普通的光源,例如太阳光是由很种颜色的光组成。

激光的颜色取决于激光的波长,而波长取决于发出激光的活性物质,即被刺激后能够产生激光的那种材料。

普通光源大多应用于照明,而激光应用甚广。

其中激光别离技术,包括激光切割、激光打孔。

激光别离技术是将能量聚焦到微小的空间,可获得极高的辐照功率密度,利用这一高密度的能量进行非接触、高速度、高精度的加工方法。

在如此高的光功率密度照射下,几乎可以对任何材料实现激光切割和打孔。

激光切割技术是一种摆脱传统的机械切割、热处理切割之类的全新切割法,具有更高的切割精度、更低的粗糙度、更灵活的切割方法和更高的生产效率等特点。

激光打孔方法作为在固体材料上加工孔方法之一,已成为一项拥有特定应用的加工技术,主要运用在航空、航天与微电子行业中。

普通光源即使能够聚焦到很小的空间上,功率也远不如激光,故不能够利用普通光源到达切割打孔的目的。

2、一台激光器由哪几部分组成,它们的作用是什么?激光器一般主要由三部分组成,包括工作物质、激励源、谐振腔。

工作物质:激光的产生必须选择合适的工作介质,可以是气体、液体、固体或半导体。

在这种介质中可以实现粒子数反转,以制造获得激光的必要条件。

显然亚稳态能级的存在,对实现粒子数反转是非常有利的。

现有工作介质近千种,可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外,非常广泛。

激励源:为了使工作介质中出现粒子数反转,必须用一定的方法去激励原子体系,使处于上能级的粒子数增加。

材料物理性能学知识点

材料物理性能学知识点
17、另有一类离子晶体,在室温下电导率可以达到10-2 S·cm-1,几乎可与熔盐的电导 比美。我们将这类具有优良离子导电能力(σ=0.1~10 S·cm-1)的材料称做快离子导体(Fast Ion Condustor )或固体电解质(Solid Electrolyte),也有称作超离子导体(Super Ion Condustor)。
根据隧道的特点,可将快离子导体划分为:(1)一维导体,其中隧道为一维方向的通 道,如四方钨青铜;(2)二维导体,其中隧道为二维平面交联的通道,如Na-β-Al2O3快离 子导体;(3)三维导体,其中隧道为二维网络交联的通道,如Nisicon(Sodium superionic conductor, NaZr2P3O12)等。
24、电子在晶体中运动受到两种力的作用:(1)晶格振动以及由于晶体不完整(杂质)形, 引起对电子的散射;(2)在电场的作用下,电子沿电场方向作漂移运动。
25、半导体中载流子的散射受两种因素影响;(1)晶格热振动散射;(2)离子化的杂质 散射。
高温、低杂质浓度时,晶格散射起主导作用。高杂质密度时,杂质散射起主要作用。
14、离子电导是在电场作用下离子的扩散现象,离子扩散机构主要有:①空位扩散;② 间隙扩散;③亚晶格间隙扩散。一般间隙扩散比空位扩散需更大的能量。间隙-亚晶格扩散 相对来讲晶格变形小,比较容易产生。
15、随着温度的升高,离子电导按指数规律增加。低温下杂质电导占主要地位。这是由 于杂质活化能比基本点阵离子的活化能小许多的缘故。高温下,固有电导起主要作用。
9、形成固溶体时,合金导电性能降低。在连续固溶体中合金成份距组元越远,电阻率 越高。
10、除过渡族金属外,在同一溶剂中溶入1%原子溶质金属所引起的电阻率增加,由溶 剂和溶质的价数决定,价数越大电阻率增加越大。

跃迁选择定则

跃迁选择定则

Ji = Jf + j, Jf + j -1, …, ⏐Jf - j⏐
对一定的多极辐射场j,原子分子初态和末态之间可能 取的角动量差为 ΔJ = ±j, ±(j-1), …, 0
由于跃迁速率随跃迁多极次 j 增加而迅速减少,一般情 况下只有最小极次j =∣Ji - Jf∣的辐射才能出现。如果它被 禁戒,则可出现下一极次的辐射。 光谱实验上能够观测到辐射除了电偶极辐射E1之外, 只有M1+E2和M2+E3的混合辐射。 由于j ≥ 1, 所以 0→0的跃迁是禁戒的。
2
式中Ei – Ef = hν,上式已对k和ε的各个方向取了平均,相当 于原子与各向同性的非偏振辐射的相互作用。
跃迁速率包括两项: 第一项对应于受激辐射,在通常光源作用下可以忽略,只有 在较强光场中才明显出现。 第二项对应于自发辐射,即外界不存在辐射 (nk,ε= 0)时的辐 射速率。 如果存在简并态,自发辐射的速率变为
. ..
5(1) 4(1) 3(1)
537.0 6675.2
. ..
5(2) 4(2) 3(2)
. ..
5(1) 4(1) 3(1)
. ..
5(2,1,0)
. ..
5(3,2,1) 4(3,2,1) 4(2,1,0) 3(3,2,1) 3(2,1,0)
5875.6
3(0)
538.9
2(0) 171129.148
λm1 1 μ ⎛ Z μ B ⎞ ⎛ Zα ⎞ −5 ≈ 2 ≈⎜ = ≈ 10 ⎟ ⎟ ⎜ λE1 c er ⎝ ea0 c ⎠ ⎝ 2 ⎠
2 2 2
电四极跃迁的跃迁速率与电偶极跃迁速率之比为
λE2 3 ⎛ ω r ⎞ 3 ⎛ Zα ⎞ −6 10 ≈ ⎜ = ≈ ⎜ ⎟ λE1 40 ⎝ c ⎟ 40 ⎝ 2 ⎠ ⎠
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ħ
(12)
Cb(t)
=
Cb’(t)exp
−������ ������������+(������������+1)ħω������ ������
ħ
将(12)式代入(9)式,得到:
Ċ������′ ������ = ���1���ħH’abCb’(t)������������(������0−ωl)������
(6)
将(6)式代入(5)式,得:
H’ = -i������������
ħωƖ
������ε
���������+��� − ������������ ������������������������������������
(7)
Y是坐标算符。根据量子力学理论,原先处在能量本征态的系统,由于相互作用, 状态会发生改变,在薛定谔表象中,态矢的运动方程为:
i ħ ������������������|φ> = H|φ>
将(1)和(2)代入上式,得到:
i ħ Ċ������ ������ ������, ������������ > + Ċ������ ������ ������, ������������ + 1 = (H0 + H’) [������������(������) ������, ������������ > +������������ ������ ������, ������������ + 1]
8
现研究初始条件,原子在电磁场作用下发射的过程。
Ca(0) = Ca’(0) = 1
Cb(0) = Cb’(0) = 0
(20)
将上式第一个条件代入式(13)式第二个方程,则:
���������(���1)′(t)
=
1 ħ
ħωƖ
������ε
������ҧ������
������������ + 1 ������−−���������������(������0���−0ω−ωl ���l���−) 1sinklz
������������ + 1
sinklz
(9)
(10) 5
其中������ҧ������是实数,而且:
������ҧ������ = -<a,nl|eY|b,nl+1> = -<b,nl+1|eY|a,nl>
(11)
为了简化方程式(9),可令:
Ca(t)
=
Ca’(t)exp
−������ ������������+������������ħω������ ������
|2
=
2ωƖ���ഥ���������2
ħ������ε
(nl+1)���������������������������0���−0−ωωl l
������
������������������2������������������
(17)
由于
lim
������→∞
������������������ ������0−ωl ������0−ωl
Ca(0) = Ca’(0) = 0
Cb(0) = Cb’(0) = 1
(14)
由于场与原子的相互作用,在此后的某一时刻,系统的状态将不再 处在|b,nl+1>,根据量子力学基本原理,展开系数绝对值的平方|Ca(t)|2, 就代表了t时刻原子吸收电磁场的一个光子而跃入|a,nl>态的几率。
这里利用迭代法求取(13)式得一阶解,再利用初始条件,得到:
其中
H’ab = <a,nl| H’ |b, nl+1> H’ba = <b, nl+1| H’ |a,nl>
将(7)式代入上式,得到:
H’ab = -i
ħωƖ
������ε
������ҧ������
������������ + 1
sinklz
H’ba = i
ħωƖ
������ε
������ҧ������
������
������������������2������������������
(15)
(16) 7
单位时间的跃迁几率,即跃迁速率,应等于(16)式对时间的导数,将从 |b,nl+1>跃迁入a,nl>的速率记为Wb-a,则:
Wb-a
=
������ ������������
|
���������(���1)(t)
���������(���1)′(t)
=
1 ������ħ
‫׬‬0������
H’abCb’(0)������������(������0−ωl)������′dt’
=
−1 ħ
ħωƖ
������ε
������ҧ������
������������ + 1 ���������������������(������0���−0ω−ωl ���l���)−1sinklz
1
跃迁速率
以二能级原子与一个单模辐射场组成的一个系统为例
|a>
ħωƖ |b>
|nƖ+1>
ħωƖ |nƖ>
ħωƖ |nƖ -1>
图1 自发跃迁和感应跃迁过程中包含的原子能级(左)和 辐射模能级(右)
在系统与外界没有能量交换时,系统的能量本征态只能是:| a, nƖ> ; |b, nƖ+1>
一般情况下,系统的状态可以表示为能量本征态的线性叠加:
(21)
与讨论吸收过程类似,最后得到位于上能级|a>的原子,发射一个光子而跃迁到 下能级|b>的速率Wa-b为:
Wa-b
=
2������ ωƖ���ഥ���������2
ħ������ε
(nl+1)������
������0 − ωl
������������������2������������������
自发跃迁和感应跃迁
光的吸收与辐射现象
光的吸收:
在光的照射下,原子中的电子吸收光子,从低能级跃迁到高能级
光的受激辐射:
电子自高能态受到光的激发而跃迁到低能态,同时发射与激发光的相位、 偏振方向和传播方向相同的光。
光的自发辐射:
在没有外界因素的作用下,电子自高能态自发地跃迁到低能态, 同时发射出光的现象。
+
1
>
(4)
其中Ea、Eb分别是能量本征态|a>、|b>的能量本征值,在电偶极矩近似下:
→→
H’ = eE∙ R
(5)
3
若单模辐射场是沿y方向的平面波,则其量子形式为:
Ely(z,t) = -i
ħωƖ
������ε
���������+��� − ������������ ������������������������������������
(22)
Wa-b
(spont)=
2������ ωƖ���ഥ���������2
ħ������ε
������
������0 − ωl
������������������2������������������
Wa-b (induced)= 2������ħω������εƖ���ഥ���������2nl������ ������0 − ωl ������������������2������������������
因此,在t时刻,原子处在上能级的几率,也就是吸收一个光子而跃入上
能级的几率为:
|���������(���1)′(t)|2
=|
���������(���1)(t)
|2
=
ωƖ���ഥ���������2
ħ������ε
(nl+1)4���������������(������2���120−������ω0−l)ω2 l
������0 ������������ +
������, ������������ > = ������������ 1 > = [ ������������ +
+ ħωƖ������������ ħωƖ(������������ +
������, ������������ > 1 ] ������, ������������
(23)
9
������ = ������������
������0 − ωl
(18)
当t→ ∞时有:
Wb-a
=
2������ ωƖ���ഥ���������2
ħ������ε
(nl+1)������
������0 − ωl
������������������2������������������
(19)
上式表明,当电磁场的频率ωl等于原子频率������0时,吸收过程的跃迁速率最大
(13)
Ċ������′ ������ = ���1���ħH’baCa’(t)������−������(������0−ωl)������
现在,讨论跃迁几率问题,归结为在不同初始条件下,方程(13)的=0时系统处于|b,nl+1>的状态, 初始条件为:
|φ> = Ca(t) | a, nƖ> + Cb(t) |b, nƖ+1>
(1)
2
系统的哈密顿算符H,应该等于场与原子单独存在时的哈密顿算符与它 们相互作用时哈密顿算符之和,因此:
H = H0 + H’
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