氦原子1s2s组态能量
氦-氖激光器简介
氦-氖(He-Ne)激光器
摘 要：本文介绍了He-Ne激光器的工作原理，结构及谐振腔，He和Ne原子的能级图，He-Ne激光器的速率方程，激发过程和输出特性，影响其寿命的因素，并简单介绍了其应用和优点。
关键词：He-Ne激光器；激发原理；结构及谐振腔；速率方程；激发过程；输出特性；寿命
一．氦-氖(He-Ne)激光器简介
气体激光器是以气体或蒸气为工作物质的激光器。由于气态工作物质的光学均匀性远比固体好，所以气体激光器易于获得衍射极限的高斯光束，方向性好。气体工作物质的谱线宽度远比固体小，因而激光的单色性好。但由于气体的激活粒子密度远较固体为小，需要较大体积的工作物质才能获得足够的功率输出，因此气体激光器的体积一般比较庞大。
由于气体工作物质吸收谱线宽度小，不宜采用光源泵浦，通常采用气体放电泵浦方式。在放电过程中，受电场加速而获得了足够动能的电子与粒子碰撞时，将粒子激发到高能态，因而在某一对能级间形成了集居数反转分布。除了气体放电泵浦外，气体激光器还可采用化学泵浦，热泵浦及核泵浦等方式。
He-Ne激光器是最早研制成功的气体激光器。在可见及红外波段可产生多条激光谱线，其中最强的是632.8nm,1.15μm和3.39μm三条谱线。放电管长数十厘米的He-Ne激光器输出功率为毫瓦量级，放电管长（1~2）m的激光器输出功率可达数十毫瓦。由于它能输出优质的连续运转可见光，而且具有结构简单、体积较小、价格低廉等优点，在准直、定位、全息照相、测量、精密计量等方面得到广泛应用。
二．氦-氖(He-Ne)激光器的工作原理
氦氖激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流（在电场作用下气体放电），放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。在运动中与工作物质内的氦原子进行
碰撞，电子的能量传给原子，促使原子的能量提高，基态原子跃迁到高能级的激发态。这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰，氦原子的能量传递给氖原子，并从基态跃迁到激发的能级状态，而氦原子回到了基态上。因为放电管上所加的电压，电流连续不断供给，原子不断地发生碰撞。这就产生了激光必须具备的基本条件。在发生受激辐射时，分别发出波长3.39μm，632.8nm，1.53μm三种激光，而这三种激光中除632.8nm为可见光中的红外光外，另二种是红外区的辐射光。因反射镜的反射率不同，只输出一种较长的光波632.8nm的激光。
氦原子2s2p~1p态和~3p态的能级位置
氦原子2s2p~1p态和~3p态的能级位置
近年来，随着计算机技术的迅速发展和人们对氦原子的研究不断深入，氦原子2s2p~1p态和~3p态的能级位置分析已经成为一个重要研究领域。
首先来看氦原子2s2p~1p态， 根据微观物理理论，该态拥有一个外层电子，外层轨道为2s2p半径，而其中2p半径比2s轨道更远一些，所以很容易受到外部电场的影响，有较高的能量。
紧接着来看~3p总能量位置，该态外层的电子表现为1s2s2p三个半径，假设没有外部电场的作用，这三个半径的能量排列是:2s <2p<1s，其中2s和2p轨道拥有较低能量，而1s轨道能量较高，受到一定程度外部电场作用的影响，其能量越高，求解时间越长，偏离原状越远。
最后，从实验中发现，氦原子的2s2p~1p态和~3p态的能级位置在大致1000ev和8000ev以内，2s2p~1p态拥有高能，~3p态有低能大致8000ev，从而可以理解上述研究结果的正确性。
总的来看，氦原子的2s2p~1p态和~3p态的能级位置可以 用来模拟和研究原子散射过程，在物理上具有重要的意义，同时也丰富了互联网技术在氦原子研究中的诸多应用。
稀有气体的原子结构、能级和光谱
稀有气体的原子结构、能级和光谱
氦（Helium）是一种稀有气体，也是宇宙中最常见的气体之一，它的原子结构为He，包括两个质子和两个中子，没有自由电子，这种特殊的结构实际上使它成为一种不活泼的气体。它的能级结构由两个能级组成，一个低能级（1s1/2）和一个高能级（2s1/2）。由于没有自由电子，氦非常稳定，除去极少数能够由低能级向高能级的跃迁而获得的能量，它的能量是不变的。
氦的光谱主要由三个激发光谱线组成：α、β以及γ。α线是最显著的激发光谱线，它的能量相当低，因此可以用可见光测量。β线由低能级（1s1/2）而来，而γ线由高能级（2s1/2）而来。它们共同构成了氦的光谱图，它对测量光谱特征有重要意义。
氦是一种稀有气体，其原子结构以及能级结构都很稳定，而且它的光谱也具有独特的特征。它在我们日常生活中可以用它与其它物质的混合来制造一些蓝色的发光体，从而用来显示一些重要的信息，这实际上是氦的一种应用。
HeNe激光器的激发机理
中南大学光电子技术基础
氦氖激光器原理
专业班级：
微电子1301班
* 名： ***08031301
杨文彬0803130104
指导教师： ***
时 间： 2016年6月 HeNe激光器的简介
氦氖激光器是最典型的惰性气体原子激光器。它输出的是连续光。最重要的谱线有632.8nm、1.15um、3.39um，近来又向短波方向延伸，获得橙光（612nm，604nm）、黄光（594nm）和绿光（543nm）等谱线。该种激光器的输出功率只有毫瓦级（最大到1W），但它们的光束质量很好。发散角小（1mrad以下），接近衍射极限；单色性好（带宽小于20Hz）；稳定性高（频率稳定最高达1510x5，频率重复性为1410x3，功率稳定度小于%2）；加之输出光是可见光， 适于在精密计量、检测、准直、导向、水中照明、信息处理、医疗以及光学研究等方面应用。
HeNe激光器的工作原理
1. HeNe激光器工作物质能级的特点
HeNe激光器是充有He、Ne混合气体的器件，其中Ne为产生激光的物质，而He是提高其泵浦效率的辅助气体。
He为原子序Z=2的元素。基态时，它的两个核外电子都处于最低能级（电子组态1s1s）,原子态为011S。当外界给He原子提供一定能量后，一个电子留在最低态，而另一个电子则获得跃到较高能态（电子组态1s2s，1s2p，1s3s），是He原子激发。其中与HeNe激光器有关的是电子组态1s2s的012S、132S两能级（图1.2.1）。这两个能级离基态最近，是与基态之间禁戒辐射跃迁的亚稳态能级，由于亚稳态原子的寿命比其它能级的寿命S10-8要长，这为氖原子激发上能级积累粒子提供了有利的条件。
原子物理学第三次作业答案 (10)
1 第四章 复杂原子的能级结构及光谱
复杂原子：除碱金属原子外，核外有两个和两个以上电子的原子。
以最简单的复杂原子He原子（两个核外电子）为例，受力情况：
电子1：库仑力 1f ,1,2f ；)()(1,211tftfF
磁场力。。。
电子2：库仑力 2f, 2,1f；)()(2,122tftfF
磁场力。。。
结论：复杂的受力使原子的相互作用能量计算非常复杂！无法精确求解, 必须采用近似计算方法。
§4.1 复杂原子中电子的本征函数和本征能量
4.1.1 平均有心力场近似
回顾： 氢原子和类氢原子： 022041rrZeFn， rZerV2041)(
碱金属原子： 022*041rreZFn， reZrV2*041)(
共同特点：（1）电子受有心力作用（指向核，属保守力），可以引入作用势能；
（2）势能和时间无关，可用定态S. eq求解；
（3）磁场力远远小于库仑力，解定态S. eq时不考虑磁场力（能量）。
对复杂原子计算的启示：（1）首先，忽略磁场力；
（2）假定：每个电子都处于一个“平均有心力场”的作用，则可以引入作用势能，作用势能和时间无关。
电子1：)()(1,211tftfF1112)(rrrF, )(11rV 1
2 1f
Ze
2f 1,2f
2,1f 1l 1s
2s 2l 2 电子2：)()(2,122tftfF2222)(rrrF, )(22rV
一般地，由N个电子组成的原子，第i个电子受力及势能为：
iiiiirrrFF)(, )(iirV （1）
设：ui (r, ,) 和 i 为此第i个电子的本征波函数和能量本征值，其定态S. eq为：
[222i+Vi(ri)] ui (ri, i,i) = i ui (ri, i,i) （2）
原子物理学褚圣麟第四、五章复习
第四章：碱金属原子和电子自旋
锂、钠、钾、铷、铯、钫
化学性质相仿、都是一价、电离电势都比较小，容易被电离，具有金属的一般性质。
一、碱金属原子的光谱
1、四个线系（锂为例）：其他碱金属光谱系相仿，只是波长不同
主线系:波长范围最广，第一条线是红色的，其余在紫外，系限2299.7埃；
第一辅线系（漫线系）：在可见部分；
第二辅线系（锐线系）：第一条线在红外，其余在可见部分；
伯格漫线系（基线系）：全在红外。
2、巴尔末氢原子光谱规律：,5,4,3),1-21(1~22===nnRvHλ
碱金属原子光谱：2*∞-~~nRvvn= R为里德伯常数，当，所以∞v~是线系限的波数，且有效量子数*n不是整数，Δ==-*nTRn
3、碱金属原子的光谱项：22*Δ)-(nRnRT==
4、同一线系的有效量子数与主量子数差别不大；与某一量子数对应不同线系的有效量子数差别明显，引进角量子数加以区分：
5、每一线系线系限波数恰好是另一线系第二谱项值中最大的那个。
共振线：主线系第一条。
6、碱金属原子氢原子能级的比较
n很大时，碱金属原子能级 很接近氢原子能级；
n较小时，碱金属原子能级 与氢原子能级相差大; 且n 相同，
l不同的能级高低差别很大。
二、原子实极化和轨道贯穿：原子=原子实+价电子
1、原子实：碱金属原子中的电子具有规则组合，共同点是在一个完整的结构之外，多余一个电子，这个完整而稳固的结构称为原子实。由于原子实的存在，发生原子实的极化和轨道在原子实中的贯穿。
2、价电子：原子实外的那个电子称作价电子。价电子在较大的轨道上运动，与原子实结合不是很强，容易脱离。它决定元素的化学性质，在较大的轨道上运动。
3、原子实的极化：由于价电子的电场的作用，原子实中带正电的原子核和带负电的电子的中心发生微小相对位移，于是负电的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子。
① 角量子数l小：轨道偏心率大(椭圆)，极化强，能量影响大；
原子物理学部分选择题答案
原子物理学部分
第二章 原子的能级和辐射
1。选择题：
（1)若氢原子被激发到主量子数为n的能级，当产生能级跃迁时可能发生的所有谱线总条数应为：( B )
A．n-1 B .n(n—1）/2 C .n（n+1)/2 D .n
（2)氢原子光谱赖曼系和巴耳末系的系线限波长分别为:D
A。R/4 和R/9 B。R 和R/4 C。4/R 和9/R D。1/R 和4/R
（3)氢原子赖曼系的线系限波数为R，则氢原子的电离电势为：B
A．3Rhc/4 B。 Rhc C.3Rhc/4e D。 Rhc/e
(4）氢原子基态的电离电势和第一激发电势分别是：A
A．13。6V和10。2V; B –13.6V和—10。2V; C。13。6V和3.4V； D. –13.6V和—3。4V
（5）由玻尔氢原子理论得出的第一玻尔半径0a的数值是：B
A。5.291010m B.0。529×10—10m C. 5.29×10-12m D.529×10—12m
（6）根据玻尔理论，若将氢原子激发到n=5的状态,则：A
A.可能出现10条谱线，分别属四个线系 B。可能出现9条谱线,分别属3个线系
C。可能出现11条谱线,分别属5个线系 D。可能出现1条谱线，属赖曼系
（7)欲使处于激发态的氢原子发出H线，则至少需提供多少能量(eV）? B
A。13。6 B.12。09 C.10。2 D。3.4
（8）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？B
A.1 B。6 C.4 D。3
（9）用能量为12.7eV的电子去激发基态氢原子时，受激氢原子向低能级跃迁时最多可能出现几条光谱线（不考虑自旋)； A
A．3 B.10 C.1 D.4
(10)玻尔磁子B为多少焦耳／特斯拉？C
2020年秋冬智慧树知道网课《原子物理学(吉林联盟)》课后章节测试满分答案
绪论单元测试
1
【多选题】(20分)
初期的原子学说有哪些（）。
A.
量子原子学说
B.
热的原子学说
C.
电的原子学说
D.
物质的原子学说
2
【多选题】(20分)
世纪之交的三大发现（）。
A.
质子的发现
B.
电子的发现
C.
X射线的发现
D.
放射性的发现
3
【多选题】(20分)
原子物理学的发展经过那三个阶段（）。
A.
初期的原子学说
B.
量子力学建立
C.
早期原子论
D.
原子物理新篇章
4
【单选题】(20分)
1900年，哪位科学家建立了能量子概念（）。
A.
卢瑟福
B.
玻尔
C.
普朗克
D.
汤姆逊
5
【单选题】(20分)
1895年，以下哪位科学家发现了X射线（）。
A.
居里夫妇
B.
亨利贝克勒尔
C.
卢瑟福
D.
伦琴
第一章测试
1
【单选题】(10分)
在金箔引起的α粒子散射实验中，每10000个对准金箔的α粒子中发现有4个粒子被散射到角度大于50的范围内。若金箔的厚度增加到4倍，那么被散射的α粒子会有多少？
A.
16
B.
2
C.
8
D. 4
2
【单选题】(10分)
进行卢瑟福理论实验验证时发现小角散射与实验不符这说明（）。
A.
原子不一定存在核式结构
B.
小角散射时一次散射理论不成立
C.
散射物太厚
D.
卢瑟福理论是的
3
【单选题】(10分)
在同一粒子源和散射靶的条件下观察到粒子被散射在90°和60°角方向上单位立体角内的粒子数之比为()
A.
1:8
B.
1:4
C.
4:1
4
【单选题】(10分)
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
C.
4
D.
1/2
5
【单选题】(10分)
1911年卢瑟福提出了原子的核式结构模型，根据该模型能够知道()。
A.
入射粒子的散射方向与靶物质种类无关
原子物理学复习
专业WORD. 第一章 原子的基本状况
一、学习要点
1．原子的质量和大小,
R ~ 10-10 m , No=6.022×1023/mol
2．原子核式结构模型
(1)汤姆原子模型
(2)粒子散射实验：装置、结果、分析
(3)原子的核式结构模型
(4)粒子散射理论：
库仑散射理论公式：
(5)原子核大小的估计 (会推导):
散射角：),2sin11(Z2412020Mverm
粒子正入射：20024Z4Mverm ,mr～10－15－10－14 m
二、基本练习
1．选择
(1)原子半径的数量级是：
A．10－10cm; B.10-8m C. 10-10m D.10-13m
(2)原子核式结构模型的提出是根据粒子散射实验中：
A.绝大多数粒子散射角接近180 B.粒子只偏2～3
C.以小角散射为主也存在大角散射 D.以大角散射为主也()(X)AuAAgMN12-27C1u1.6605410kg12的质量22012c42vZebtgM
专业WORD. 存在小角散射
(3)用相同能量的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粒子束所得结果的几倍？
A. 1/4 B . 1/2 C . 1 D. 2
4一强度为I的粒子束垂直射向一金箔，并为该金箔所散射。若=90°对应的瞄准距离为b，则这种能量的粒子与金核可能达到的最短距离为：
A. b; B. 2b; C. 4b; D. 0.5b。
2．简答题
（1）简述卢瑟福原子有核模型的要点.