章第五讲新课件

一.四个量子数1.能量量子化和主量子数主量子数2.角动量量子化和角量子数轨道角量子数氢原子的能量电子轨道角动量§168多电子原子中的电子分布河南城建学院张凤玲ZZZ空间量子化3.空间量子化和磁量子数轨道角动量磁量子数某特定方向分量河南城建学院张凤玲4.电子的自旋和自旋磁量子数Z电子自旋在Z轴上分量量子化电子自旋角动量（电子的基本属性，无经典对应）自旋量子数自旋磁量子数自旋角动量量子化河南城建学院张凤玲

1869年，门捷列夫首先提出元素周期表（按原子量的次序排列），反映元素性质的周期性变化.玻尔是第一个给予周期表物理解释,（1916-1918年）把元素按电子组态的周期性排列成表.

1925年泡利提出不相容原理后，才比较深刻地理解到，元素的周期性是电子组态周期性的反映.而电子组态的周期性与特定轨道的可容性相联系.二多电子原子中电子的分布河南城建学院张凤玲

泡利不想容原理（1925年）

在一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数（），即原子中的每一个状态只能容纳一个电子.轨道取向量子数自旋取向量子数描述电子运动状态的量子数泡利（W.Pauli,1900-1959）河南城建学院张凤玲

决定电子所处状态的准则（1）泡利不相容原理（每状态允许容纳的电子数）

主量子数

n

:决定电子能量的主要部分，相同n

的电子在同一壳层.

电子按能量分成许多壳层，能量相同的电子可视为分布在同一壳层.

角量子数

l：同一壳层中

l=0，1，，（n-1），不同的

l

形成分壳层.（2）能量最小原理（体系能量最低时，体系最稳定）.河南城建学院张凤玲§16.9激光一.受激吸收、自发辐射、受激辐射

如果原子因受满足频率条件的光的激励而跃迁到较高能态，这种过程就称为受激吸收。

受激吸收激光（lasser）就是由受激辐射产生的被放大了的相干光。河南城建学院张凤玲没有外界作用，原子自发地由高能态跃迁到低能态，并辐射一个光子，这种过程叫自发辐射。

自发辐射各个原子自发辐射的光是非相干光河南城建学院张凤玲若原子受到一个满足频率条件的外来光子的激励，由高能态跃迁到低能态，则辐射出另一同频率的光子来，这种过程叫做受激辐射。受激辐射各个原子受激辐射的光是相干光河南城建学院张凤玲二.产生激光的基本条件在通常情况下，原子在各能级上的分布服从玻尔兹曼分布定律，即在低能级上的原子数较多光通过物质时，受激吸收占优势。在通常状态下，三种跃迁同时存在，受激吸收使光子数减少，受激辐射使光子数增加。哪种跃迁占优势取决于高低能级的原子数。

河南城建学院张凤玲（1）粒子数正常分布和粒子数布居反转（反转）已知粒子数的正常分布.....。。。。。。。。。。。。。粒子数反转分布...............。。。。。统计分布河南城建学院张凤玲美国物理学家梅曼于1960年9月制成第一台红宝石固体激光器.从外界输入能量（如光照,放电等）,把低能级上的原子激发到高能级上去,这个过程叫做激励（也叫泵浦）.红宝石中铬离子能级示意图..。。基态亚稳态激发态梅曼和第一只激光器河南城建学院张凤玲（2）光学谐振腔激光的形成光在粒子数反转的工作物质中往返传播,使谐振腔内的光子数不断增加,从而获得很强的光,这种现象叫做光振荡...........激光光束全反射镜光学谐振腔示意图部分透光反射镜加强光须满足驻波条件河南城建学院张凤玲三激光器

1氦氖气体激光器（输出功率不大）

优点：输出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本低等．（波长632.8nm）氦和氖的原子能级示意图基态亚稳态氦氖632.8nm123氦氖激光器部分反射镜AK（几千伏特）毛细管管内氦氖比例（5~10/1）全反射镜河南城建学院张凤玲2红宝石激光器红宝石激光器的工作物质是棒状红宝石晶体，它发出的激光是脉冲激光，波长为694.3nm.

。。

。全反射镜半透射镜红宝石棒。脉冲灯红宝石激光示意图激光器发展的主要方面（1）扩展了激光的波长范围.（红外~紫外）（2）激光的功率大大提高.（连续功率达~10kW）（3）激光器已能实现小型化.河南城建学院张凤玲3.激光器的组成和常见激光器常用激光器由三部分组成：

工作物质泵浦源光学谐振腔激光工作物质激励能源谐振腔激光器结构示意图河南城建学院张凤玲按输出方式分：脉冲输出连续输出半导体激光器按工作物质分：气体激光器固体激光器液体激光器自由电子激光器激光器的分类河南城建学院张凤玲气体激光器河南城建学院张凤玲固体激光器河南城建学院张凤玲液体激光器河南城建学院张凤玲半导体激光器河南城建学院张凤玲4.激光的特性及其应用（1）方向性好激光束的发散角很小，一般为激光定位、导向、测距等就利用了方向性好的特点。河南城建学院张凤玲（2）单色性好在普通光源中，单色性最好的是作为长度基准器的氪灯（K186）；它的谱线宽度为4.7×10-3纳米，而激光谱线宽为纳米，为氪灯谱线宽度的5万分之一。采用稳频等技术还可以进一步提高激光的单色性。

计量工作的标准光源、激光通讯等利用了单色性好的特点。光缆河南城建学院张凤玲(3)亮度高亮度是光源在单位面积上，向某一方向的单位立体角内发射的功率。激光的输出功率虽然有个限度，但由于其光束细（发散特别小），功率密度特别大，因而其亮度也特别大。把分散在180°范围内的光集中到0.18°范围，亮度提高100万倍。河南城建学院张凤玲

激光能量在时间和空间上高度集中，能在极小区域产生几百万度的高温。激光加工、激光手术、激光武器等就利用了高亮度的特点。激