量子力学第五章微扰理论5.8光的发射和吸收、选择定则.ppt

一 自发辐射 受激辐射,1 自发辐射,原子在没有外界干预的情况下,电子会由处于激发态的高能级 自动跃迁到低能级 , 这种跃迁称为自发跃迁.由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射.,自发辐射,5.8光的发射和吸收,2 光吸收,原子吸收外来光子能量 , 并从低能级 跃迁到高能级 , 且 , 这个过程称为光吸收.,受激吸收,3 受激辐射,由受激辐射得到的放大了的光是相干光,称之为激光.,原子中处于高能级 的电子,会在外来光子(其频率恰好满足 )的诱发下向低能级 跃迁, 并发出与外来光子一样特征的光子, 这叫受激辐射.,二、自发辐射和爱因斯坦理论,假设同时存在自发辐射和受激辐射，当体系和辐射场达到热平衡后，用平衡条件来建立自发辐射与受激辐射之间的关系，利用量子力学含时微扰论求出受激辐射系数，再利用平衡条件给出原子体系的自发辐射系数三个系数：,, 的自发发射系数，单位时间内由 的几率。

一. 自发辐射,设 Nk 、Nm — 单位体积中处于ε1 、ε2 能级的原子数单位体积中单位时间内，从ε2  ε1自发辐射 的原子数：,,h,写成等式,Ａm,k 自发辐射系数，单个原子在单位时间内发生自发辐射过程的概率二．受激辐射,,全同光子,设 （、Ｔ）……温度为Ｔ时, 频率为 = (ε2 -ε1) / h附近，单位频率间隔的外来光的能量密度单位体积中单位时间内，从ε２ε１受激辐射的原子数：,写成等式,Bm,k受激辐射系数,W21 单个原子在单位时间内发生受激辐射过程的概率则,受激辐射光与外来光的频率、偏振方向、 相位及传播方向均相同------有光的放大作用令 Wm,k = Bm,k· （、T）,三 . 吸收,,h,上述外来光也有可能被吸收，使原子从εkεm单位体积中单位时间内因吸收外来光而从ε1ε2 的原子数：,写成等式,B12 吸收系数,令 W12=Ｂ12 ( 、T),Wk,m  单个原子在单位时间内发生吸收过程的概率Am,k 、Bm,k 、Bk,m 称为爱因斯坦系数爱因斯坦在 1９１７年从理论上得出,爱因斯坦的受激辐射理论为六十年代初实验上 获得激光奠定了理论基础。

Bm,k = Bk,m,外加电磁场的能量密度,当这些原子与电磁辐射在绝对温度T下处于平衡时,,由麦克斯韦－玻尔兹曼分布律,,K: 玻尔兹曼常数,由热平衡时，黑体辐射时的普朗克公式,其中,比较上式两边：,由麦克斯韦－玻尔兹曼分布律可知,而 ,如果没有自发辐射，不可能达到热平衡二、用微扰论计算发射和吸收系数,这里我们把光波看成经典理论中的电磁波,因此只考虑电场对电子的作用.,1.沿 轴传播的平面单色偏振光,单位时间内原子由 态跃迁到 态的几率,光波的能量密度,2.实际光源,连续分布，各向同性,，对光的频率分布范围积分,原子在单位时间内由 的几率,再考虑各向同性，对所有偏振方向求平均,5.9选择定则,禁戒跃迁,（1）,利用,不为零的条件： ，,最后的出不为零的条件,(选择定则),。