原子基态的确定课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,黄永义 交大光信息系,第五章 多电子原子,5.1,He,原子的光谱和能级,1868,年在太阳日珥光谱中首次观察到了波长为,587.5nm,的黄色光谱，,这条谱线和钠原子双线,D1,波长,589.0nm,和,D2,波长,589.6nm,非常接近，,被称为,D3,线。这条谱线不属于当时已知元素的谱线，人们认为这是,新元素的谱线，这个元素被称为氦。,20,年后,W. Ramsey,研究钇铀矿,石发现一种气体的光谱和,D3,线一样,587.5963nm,，,587.5643nm,和,587.5601nm,第五章 多电子原子5.1 He原子的光谱和能级1868年在,光,谱,有,两套,线系,，,一套是,单线结构,，另一套具有,复杂的结构,。,能级,也分为两套，一套是,单层,的，一套是,三层,的。三重态的能级总是低于相应的单态的能级？,“,正氦,”与“,仲氦,”,24.58,每,套线,系,分成主线系、第一、第二辅线系等。,基态不是,3,S,1,而是,1,S,0,？,存在两个,亚稳态,3,S,1,和,1,S,0,(19.5ms),？,单态和三重态无跃迁？,第一激发态,19.77eV,，电离能,24.58eV,，特大,光谱有两套线系，一套是单线结构，另一套具有复杂的结构。能级也,24.58,黄色,D,3,线,587.5963,nm,1,587.5643,nm,3,587.5601,nm,5,59.16,线,杂质,氖,引起的谱线,24.58 黄色D3线587.5963 nm 158,5.2,原子的壳层结构,一,.,有心力场近似,由于两个电子在不断地运动，每个电子所受到的势场随时间变化。,多电子原子系统的哈密顿算符为,O,中心力场近似的基本思想,:,假设原子中每一个电子是在原子核势场及其它,N,-1,个电子产生的平均中心力场中运动。总势能函数不显含时间，而且电子在此中心力场中运动是独立的。,第,i,个电子的总势能,5.2 原子的壳层结构一. 有心力场近似由于两个电子在,第,i,个电子的,定态薛定谔方程,分离变量,径向波函数满足微分方程,N,阶的,微分方程组,中心力场近似下，考虑到电子自旋量子数 ，第,i,个电子的量子态由四个量子数,n,i,、,l,i,、,m,li,和,m,s,i,来表征,第i个电子的定态薛定谔方程分离变量径向波函数满足微分方程 N,电子组态:,原子中各个电子所处状态,(,n,i,l,i,),的集合,。,用数字表示,用小写字母,例：,对于,锂,原子基态，价电子处于,n,=2,，,l,=0,的情形，其,电子组态,为,2,s,。处于第一激发态，其,电子组态,为,2,p,。,基态,镁,原子的,电子组态,(,基组态,),为,3,s,3,s,也作,3,s,2,；处于第一激发态镁原子的,电子组态,(,激发组态,),为,3,s,3,p,。,He,原子基组态为,1s,2,激发组态为,1s2s,1s2p,等,。,二,.,泡利,(W. Pauli),不相容原理,1925,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状态。,标志电子态的量子数有,5,个：,n,l,s,m,l,和,m,s,.,(W. Pauli,1900-1958),电子组态: 原子中各个电子所处状态 (ni , li ) 的,1922,年,Bohr,升级了他的原子理论，从经验规律得到原子闭壳,层的电子数,2,8,18,满足,2n,2,1924,年,Stoner,发现碱金属原子的塞曼效应劈裂的能级数正好和,同样主量子数的惰性气体的闭壳层电子数相等。,如,n,2,时，锂原子的能级有,2s,和,2p,2s,能级原子态,2,S,1/2,；,2p,能级原子态,2,P,3/2,，,2,P,1/2,，,2,S,1/2,：,2,；,2,P,3/2,：,4,；,2,P,1/2,：,2 2+4+2,8,如果一个量子态（四个量子数）只能容纳一个电子，那么,Bohr,的,闭壳层电子数就得到了解释；,Pauli,还预言电子必定还有双值的第,四量子数？,(,n,、,l,、,m,),电子的第四量子数就是电子自旋,2n,2,1922年Bohr升级了他的原子理论，从经验规律得到原子闭壳,三,.,全同粒子波函数对称性,全同粒子（,I,dentical,P,articles）,:,具有完全相同的内禀性质,（,如静止质量、电荷、自旋和平均寿命等,）,的粒子,。,全同性原理,:,全同粒子具有不可分辨性,。,考虑由两个全同粒子组成的系统,由全同性原理,交换对称波函数,Bosons,交换反对称波函数,Fermions,三.全同粒子波函数对称性全同粒子（Identical Par,泡利不相容原理,费米子组成的系统，不能有两个或更多粒子处于完全相同的量子态,泡利不相容原理费米子组成的系统，不能有两个或更多粒子处于完全,玻尔：,原子内的电子按一定的壳层排列，每一壳层内的电子都有相同的主量子数，每一个新的周期是从电子填充新的主壳层开始，元素的物理、化学性质取决于原子最外层的电子即价电子的数目。,原子中能量的主要部分是由,电子组态决定,的,(,n,l,),，,W. Kossel,提出支壳层概念，对每个,n,共有,n,个支壳层,l=0,1,2,3,n-1,电子填充壳层结构的原则,泡利不相容原理,能量最小原理,主壳层,:,n,=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,K, L, M, N, O, P, Q,次壳层,:,l,= 0, 1, 2, 3, 4, 5, ,s, p, d, f, g, h, ,n,i,l,i,m,i,m,si,给定,n, l,的取值可以有，,0,1,2,3,.n-1,四,.,原子的,壳层结构,如锂钠原子基态,2s,，,3s,，锂原子共,3,个电子，,n,1,壳层总容纳,2,个电子；钠原子共,11,个电子，,n,1,和,n,2,共容纳,10,个电子，因此,n,2,的壳层总容纳,10,2,8,个电子，,n,3,，共,18,个电子,电子壳层只能容纳有限个电子,玻尔：原子内的电子按一定的壳层排列，每一壳层内的电子都有相同,各壳层所能容纳的最大电子数,Pauli,原理,n,l,相同的次壳层,:,n,相同的主壳层,:,各壳层电子数,n,i,、,l,i,、,m,i,和,m,si,各壳层所能容纳的最大电子数,Pauli原理 n, l 相同,不同支壳层中电子结合能随原子序数的变化,外壳层电子先填充,能级低,的支壳层，,能量最低原理填充原则：,(1),n+l,相同，先填,n,小的；,(2),n+l,不同，,n,相同，先填,l,小的；,n,不同，先填,n,大的,能级高低的经验公式,n+0.7l,能量,最小原理,不同支壳层中电子结合能随原子序数的变化外壳层电子先填充能级低,原子基态的确定课件,四,.,元素周期表,1869年，门捷列夫首先提出元素周期表。指出把元素按原子量的顺序排列起来，它们的性质显示出周期性的变化。后来，人们发现正确的排列顺序是把元素按,核电荷数,排列成元素周期表，其物理、化学性质将出现明显的周期性。,同族元素的性质基本相同。,元素的化学性质周期性变化。,元素的光谱的性质显示出周期性变化。,门捷列夫,的,元素周期,率具有里程碑的意义，如它预言的,21,号,Sc,(1874), 32,号,Ge,（,1886,），,31,号,Ga,（,1875,）,四. 元素周期表1869年，门捷列夫首先提出元素周期表。指出,原子基态的确定课件,元素的电离能显示出周期性变化。,元素的电离能显示出周期性变化。,原子半径和电子亲合能显示出周期性变化,原子半径和电子亲合能显示出周期性变化,原子体积、体胀系数和压缩系数周期性变化。,电子结构的周期性导致了元素性质的周期性，反之元素周期律证实了,原子内部电子壳层结构的存在。,原子体积、体胀系数和压缩系数周期性变化。 电子结构的周期性,一,.,剩余非中心库仑作用和自旋,-,轨道相互作用,剩余非中心库仑排斥作用,电子自旋,-,轨道相互作用,两个价电子的相互作用可以形成不同的原子态。,四种运动,之间有,六种相互作用,：,5.5,多电子原子能级的精细结构,（,1,）,轻原子剩余库伦作用,H1,大于自旋轨道相互作用,H2,，先考虑,H1,在进一,步修正,H2;,（,2,）,重原子自旋轨道作用,H2,起主导作用，将剩余库伦作用,H1,进一步修正。 所有原子基态原子态，,H1H2,，激发态复杂,一. 剩余非中心库仑作用和自旋-轨道相互作用剩余非中心库仑排,二,.,L,-,S,耦合,(1),L,-,S,耦合：,由于剩余非中心库仑作用，电子组态中具有不同的,L,和,S,的状态具有不同的能量。,光谱项,(,原子的能态,):,简并度：,(2,L,+1)(2,S,+1),四个量子数：,L,S,M,L,M,S,二. L-S 耦合(1) L-S 耦合： 由于剩余非中心库,考虑自旋,-,轨道相互作用，弱磁相互作用使得,L,和,S,耦合为总角动量,对于具有,两个,价电子的原子,能级的层数为：,2,S,+1,=,3,或,1,。既具有两个价电子原子的能级的层数为,3,层,或,1,层,。,能级为单一能级,能级为三重态,考虑自旋-轨道相互作用，弱磁相互作用使得 L 和 S 耦合为,LS,耦合下,为守恒量，对应量子数,自旋,-,轨道相互作用引起的附加能量为,原子态为：,设有一个,f,电子和一个,d,电子,例,解,L,1,，,L,2,和,L,。,求,LS 耦合下为守恒量，对应量子数自旋-轨道相互作用引起的附加,求原子态 的 值。,例,解,对,求原子态 的 值。例解对,一原子中有两个电子，当它们处于,3p4d,态时，试问原子有哪些可能的状态？,Si,Ne3s,2,3p,2,例,解,问题：,电子组态,n,p,n,p,可能形成哪些原子态？,共,10,个：,2S+1,L,J,原子态对应能级 高低排序？,3,P,3,D,3,F,2S+1,L,一原子中有两个电子，当它们处于3p4d态时，试问原子有哪些可,同科电子,同科电子,:,n,和,l,二量子数相同的电子,L,-,S,耦合情况下,n,p,n,p,电子,组态能级的精细分裂,由于泡利不相容原理的影响，使同科电子形成的原子态比非同科电子形成的原子态要少得多。这是因为对于同科电子，许多本来可能有的角动量状态由于泡利不相容原理而被去除了，从而使同科电子产生的状态数目大大减少。,对两同科,p,电子，可形成电子态仅有,5,种,1,D,3,P,1,S,同科电子 同科电子: L-S耦合情况下, npnp 电子,LS,耦合情况下对两同科,p,电子能级的精细分裂,碳原子,C,基态,1s,2,2s,2,2p,2,3,LS耦合情况下对两同科 p 电子能级的精细分裂 3,和,1,D,3,P,1,S,和1D3P1S,n,p,2,J.C.Slater,图解法,m,l,只能由两个,+1,，两个,0,和两个,1,中的,2,个组合而来，共有,15,个量子态，,M,L,最大为,2,np2J.C.Slater图解法 ml只能由两个+1，两个0,n,p,3,?,问题：,?,m,l,只能由两个,+1,，两个,0,和两个,1,中的,3,个组合而来，共有,20,个量子态，,M,L,最大为,2,1,2,1,2,2,1,2,1,1,3,3,1,2,1,0,-1,-2,-3/2 -1/2 1/2 3/2,np3 ?问题：?ml 只能由两个+1，两个0和两个1中的,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,2,2,1,2,1,1,3,3,1,2,1,0,-1,-2,-3/2 -1/2 1/2 3/2,n,p,3,111111111111111111111212212113,n,d,2,m,l,只能由两个,+2,，两个,+1,，两个,0,，,两个,1,和两个,2,中的,2,个组合而来，共有,45,个量子态，,M,L,最大为,4,4,3,2,1,0,-1,-2,-3,-4,1,2,1,2,1,1,2,2,4,2,4,1,3,3,1,5,1,2,1,2,1,1,2,1 0 -1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,nd2 ml 只能由两个+2，两个+1，两个0 ，两个1和,对角线法和,L+S,偶数法，适用任意两个同科电子,np,2,l,1,=l,2,=1,L=2,1,0;s,1,=s,2,=1/2,S=0,1,，,当,S=0,时，,L=2,0,原子态为,1,D,2,1,S,0,当,S=1,时，,L=1,原子态,3,P,210,m,l,相同,m,l,不同,对角线法和L+S偶数法，适用任意两个同科电子np2,l1=l,原子基态的确定课件,朗德间隔定则,对于同,一多重,态，,L,、,S,值相同，,二相邻,能级的,间隔：,在一个多重能级的结构中，,二相邻,能级的,间隔同有关的二,J,值中较大那一值成正比。,原子态为：,朗德间隔定则 对于同一多重态，L 、S值相同，在一个多重能,洪特定则,：,(1925,年,),从同一电子组态形成的能级中，,首先要看,S,值,，重数最高即,S,值最大的能级位置最低,;,具有相同,S,值的能级中，具有最大,L,值的能级位置最低。,(1927,年,),只对同科电子成立。,同一,L,值、而,J,值不同的各个能级的次序，有两种情况：同一支壳层内，电子数少于或等于闭壳层容纳数的一半时，,J,值较小的能量较低，称为,正常次序,。电子数大于闭壳层容纳数的一半时，,J,值较大的能量较低，称为,倒转次序,倒序。,F. Hund (1896-1997),洪特定则：(1925年) 从同一电子组态形成的能级中，首先,例：,试用,L,-,S,耦合、泡利原理和洪特定则确定碳,(C),原子,(,Z,=,6,),和氟,(F,),原子,(,Z,=,9,),基态的原子态。,解,:,pp,电子,L,-,S,耦合可能的原子态,碳原子的基组态为,1s,2,2s,2,2p,2,，其原子态是由两个同科,p,电子形成的，由,L,-,S,耦合其可能的原子态为：,由洪特定则，,(,1,),S,值最大的能级位置最低。,(2),同,S,值,L,值最大的能级位置最低。故,选取,(3),同重数，同,L,，正常次序,J,小能量低。,故碳原子基态的原子态为,例：试用L-S耦合、泡利原理和洪特定则确定碳(C)原子(Z=,原子基态的确定课件,氟原子的基态组态为,1s,2,2s,2,2p,5,，其原子态是由,五,个,p,电子形成的，,p,5,和,p,1,可能构成的原子态相同，只是多重态的能级次序不同。由,L,-,S,耦合其可能的原子态为：,五个,同科,p,电子，其可能的原子态为：,电子数大于闭壳层容纳数的一半，,J,值大的能量低。故,氟,原子基态的原子态为,氟原子的基态组态为1s22s22p5，其原子态是由五个p电子,例：,试用,L,-,S,耦合、泡利原理和洪特定则确定,氮,(N,),原子,(,Z,=7),基态的原子态。,解,:,氮,原子的基态组态为,1s,2,2s,2,2p,3,，其原子态是由,三,个,p,电子形成的，由,L,-,S,耦合其可能的原子态为：,双能级结构,四能级结构,三,个,同科,p,电子，其可能的原子态为：,由洪特定则，,(,1,),S,值最大的能级位置最低。,(2),同,S,值，,L,值最大的能级位置最低。,故氮原子基态的原子态为,:,例：试用L-S耦合、泡利原理和洪特定则确定氮(N) 原子(Z,原子基态的确定,原子基态的确定,碳原子的基组态为,1s,2,2s,2,2p,2,，,未满支壳层中的,2,个电子为,p,电子,正常序,故碳原子基态的原子态为,基态的,量子数,为：,氟原子的基态组态为,1s,2,2s,2,2p,5,碳原子的基组态为1s22s22p2，未满支壳层中的2个电子为,j,-,j,耦合,三,.,j,-,j,耦合,H2 H1,原子态为：,为守恒量,j-j 耦合 三. j-j 耦合 H2 H1原子态为：,利用,j,-,j,耦合,例,解,3,p,4,d,态的原子态。,求,同理，两个价电子,p,和,s,的,j,-,j,耦合,j,-,j,耦合,情况下,两个价电子,nsnp,组态能级的精细分裂,L,-,S,耦合下，共,12,个态：,利用 j-j 耦合例解3p4d 态的原子态。求同理，两个价电,利用,j,-,j,耦合,n,d,2,态的原子态。,求,和,LS,耦合下的原子态,数目相同,利用 j-j 耦合nd2 态的原子态。求和LS耦合下的原子态,两种耦合的比较,同一电子组态在两种耦合中形成的原子态的数目相同，,而且代表原子态的,J,值相同。,两种耦合形成的能级间隔不同。,碳族元素在激发态,ps,的能级比较,两种耦合的比较 同一电子组态在两种耦合中形成的原子态的数目,5.6,多电子原子的光谱,一,.,辐射跃迁的普遍选择定则,普遍的选择定则,：,跃迁只能发生在不同的宇称之间。,L,-,S,耦合,j,-,j,耦合,5.6 多电子原子的光谱一. 辐射跃迁的普遍选择定则普,光,谱,有,两套,线系,，,一套是,单线结构,，另一套具有,复杂的结构,。,能级,也分为两套，一套是,单层,的，一套是,三层,的。三重态的能级总是低于相应的单态的能级？,“,正氦,”与“,仲氦,”,24.58,每,套线,系,分成主线系、第一、第二辅线系等。,基态不是,3,S,1,而是,1,S,0,？,存在两个,亚稳态,3,S,1,和,1,S,0,(19.5ms),？,单态和三重态无跃迁？,第一激发态,19.77eV,，电离能,24.58eV,，特大,二,.,氦原子的光谱和能级,光谱有两套线系，一套是单线结构，另一套具有复杂的结构。能级也,单层能级之间跃迁产生一组谱线,主线系：,第二辅线系：,第一辅线系：,基线系：,三层能级之间的跃迁产生一组复杂结构的谱线,主线系：,第二辅线系：,第一辅线系：,基线系：,两套能级之间一般不产生跃迁！,单层能级之间跃迁产生一组谱线主线系： 第二辅线系： 第一辅线,24.58,黄色,D,3,线,587.5963,nm,1,587.5643,nm,3,587.5601,nm,5,59.16,线,杂质,氖,引起的谱线,24.58 黄色D3线587.5963 nm 158,存在两个,亚稳态,6s6p,的,3,P,2,和,3,P,0,三,.,其它第二族元素原子的光谱和能级,80 Hg,Xe4f,14,5d,10,6s,2,存在两个亚稳态三. 其它第二族元素原子的光谱和能级80 Hg,四,.,复杂原子光谱的一般规律,具有原子序数,Z,的中性原子的光谱和能级，同具有原子序数,Z,+1,的原子一次电离后的光谱和能级很相似,光谱和能级的,位移定律,。,位移定律,多重性的交替律,元素周期表中相邻元素原子的能级多重数呈奇偶交替变化,原子能级多重性的,交替律,。,四. 复杂原子光谱的一般规律具有原子序数Z的中性原子的光谱和,任何原子的状态，都可以看作它的一次电离的离子加一个电子形成的。而它的一次电离离子的状态同按周期表顺序前一个元素的状态相似，所以有前一个元素的状态可推知后继元素的状态。,多价电子的原子态,L,-,S,耦合,j,-,j,耦合,对三个或三个以上价电子的原子，洪特定则，朗德间隔特定则仍有效。对同科电子仍需考虑泡利原理。,同一次壳层由,同科电子,构成。同科,s,电子最多只能有,2,个，同科,p,电子最多,6,个，同科,d,电子最多,10,个，,任何原子的状态，都可以看作它的一次电离的离子加一个电子形成的,多个电子同时激发到高能级,双里德伯态原子：现在应用激光技术，将两个电子同时激发到高能级。,行星原子：将,3,个或更多的外层电子激发到高能级上。,自电离态：由于原子中有两个或两个以上的电子被激发，激发态的能量可能超过原子的第一电离能，这时可以通过放出一个正能量的电子跃迁到离子的低激发态或基态。,空心原子：内壳层是完全空的，例如氦原子的内空原子的电子,组态为,2,s,2,p,，锂的内空原子的电子组态为,2,s,2,2,p,。,多个电子同时激发到高能级 双里德伯态原子：现在应用激光,激励能源,激活介质,谐振腔,全反射镜,部分 反射镜,(99,),谐振腔，工作物质,(,激活介质,),，激励能源（把物质激发到激发态）。,基本构成部分,激光的形成,光束在谐振腔内来回震荡，在增益介质中的传播使光得以放大，并输出激光。,一、激光器的基本构成,5.7,激光原理,可能不讲,激励能源激活介质谐振腔全反射镜部分 反射镜谐振腔，工作物质,红宝石,触 发,高压,直流电源,限流电阻,红宝石激光器,工作物质：,红宝石中的,Cr,+3,激励能源：,脉冲氙灯,脉冲氙灯发出的光照射红宝石，使得,Cr,+3,在亚稳态和基态之间形成反转分布。,椭圆柱面,脉冲氙灯,红宝石触 发高压限流电阻红宝石激光器工作物质：红宝石中的Cr,G,光增益系数,激活介质,I,I,+d,I,z,d,z,经过介质薄层,光强增量为,I,0,I,0,z,o,I,激活,介质：,处于粒子数反转态的介质。光传播时被放大。,说明,在增益介质内，光强,I,随传播距离按指数增加。,激活介质中光强随传播距离的变换关系,G 光增益系数 激活介质II+dIzdz经过介质薄层,增益介质,1.,限定光的方向,沿轴线的光在增益介质内来,回反射，连锁放大，输出形,成激光。其它方向的光很快逸出谐振腔。,2.,选择光振荡的频率 （驻波条件）,I,0,e,G,L,r,2,I,0,e,G,L,r,2,I,0,e,2G,L,3.,延长增益介质,r,1,r,2,I,0,增益介质,阈值条件,r,1,r,2,I,0,e,2G,L,谐振腔的作用,增益介质1. 限定光的方向沿轴线的光在增益介质内来2. 选择,二,.,原子的辐射与吸收,原子的自发辐射,自发辐射,E,2,E,1,d,t,时间内，,状态,2,状态,1,表示一个原子在单位时间内由,状态,2,自发,跃迁到,状态,1,的,几率,。,自发辐射系数,原子的平均寿命：,二. 原子的辐射与吸收 原子的自发辐射自发辐射E2E1dt,原子的受激辐射与吸收,(1917,年,Einstein,提出，并成功的导出黑体辐射公式,),受激吸收,受激吸收系数,E,2,E,1,受激辐射,E,2,E,1,受激辐射系数,考虑到自发辐射,具有频率,n,的辐射密度,设空腔内，辐射与原子的相互作用达到平衡,原子的受激辐射与吸收 (1917年Einstein提出，并,原子基态的确定课件,三,.,原子的激发，分布,弹性碰撞,非弹性碰撞,第一类非弹性碰撞,第二类非弹性碰撞,夫兰克,赫兹实验中，,一个处于激发态的原子与另一个处于基态的原子相碰，,只有发生非弹性碰撞时才可能使原子激发。,原子与其它粒子的碰撞,光激发,(,辐射激发,),吸收,发光,共振吸收,巴耳末系的发射与吸收,1,2,3,4,5,6,n,发射,吸收,三. 原子的激发，分布弹性碰撞非弹性碰撞第一类非弹性碰撞第二,热激发原子的能量,Boltzmann,分布,E,1,E,2,E,3,达到热平衡状态时,(,T,),，各状态的原子数,若能级是,g,i,重简并的,T,热激发原子的能量Boltzmann分布E1E2E3达到热,试分别估计室温,(,300 K,),和,6000,K,的高温下，处于第一激发态的氢原子数与处于基态原子数之比。,例,解,发光不可能,可能,处于激发态原子的绝对数并不小。,试分别估计室温(300 K)和6000 K 的高温下，处于第,粒子数反转态,介质,热平衡状态,若介质处于粒子数反转态，光在其中传播时得以放大。,采用,光泵浦,方法。,说明,四,.,激光原理,粒子数反转和光放大,光强,I,的变化,粒子数反转态 介质热平衡状态若介质处于粒子数反转态，光在其中,例,He-Ne,（,5:1,或,10:1,）激光器中,Ne,气粒子数反转态的实现,1s,2,1s,2,2s,2,2p,6,亚稳态,亚稳态,例 He-Ne（5:1或10:1）激光器中Ne气粒子数反转,高压,直流电源,工作物质：,氖气,激励方式：,直流气体放电,1.,氦氖激光器,电子经电场加速后，与,He,碰撞。处于激发态的,He,与,Ne,碰撞，把能量传递给,Ne,，使它在亚稳态,（,5s,、,4s,）,和激发态,（,4,p,、,3,p,）,之间形成反转分布。,高压工作物质：氖气激励方式：直流气体放电1. 氦氖激光器电子,第,i,个电子的量子态由四个量子数,n,i,、,l,i,、,m,li,和,m,s,i,表征,一,.,有心力场近似,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状态（相同四个量子数）。,二、泡利不相容原理,(W. Pauli, 1925,年,),三,.,原子的,壳层结构,泡利不相容原理,能量最小原理,能级高低的经验公式,n+0.7l,n,l,相同的次壳层,:,n,相同的主壳层,:,小结,第 i 个电子的量子态由四个量子数ni 、 li 、 mli,四,.,剩余非中心库仑作用和自旋,-,轨道相互作用,剩余非中心库仑排斥作用,电子自旋,-,轨道相,互作用,(1),L,-,S,耦合：,四. 剩余非中心库仑作用和自旋-轨道相互作用剩余非中心库仑排,对于具有,两个,价电子的原子,能级的层数为：,2,S,+1,=,3,或,1,。,朗德间隔定则,LS,耦合原子态求法（同科和非,同科,电子）,洪特定则，,S,，,L,，,J,jj,耦合，原子态，和,LS,耦合的关系,选择,定则,和典型多电子原子能级图,激光原理,作业：,4. 5. 10. 11. 14,对于具有两个价电子的原子能级的层数为：2S+1=3或1。 朗,