8.2光与原子相互作用

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1、8-2光与原子相互作用1.受激吸收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2自发辐射自发辐射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3受激辐射受激辐射吸收自发受激辐射粒子按能级的统计分布原子体系热平衡温度为T，在能级En上的原子数为Nn,

2、则k为玻耳兹曼常数，上面的统计规律称为玻耳兹曼正则分布，gn为主量子数为n的能级(能量为En)简并度.(简并度是具有相同能量的原子状态数.)N1为处于能级E1的原子数,N2为处于能级E2的原子数,E2>E1,则或热平衡时,处于高能级的原子数总是低于处于低能级的原子数.即因此将上式积分,得令为单位时间由E2能级向E1能级跃迁的几率.则有能级的寿命E2能级上的粒子数,在dt时间内自发跃迁到E1能级上的粒子数为-dN2,则具有时间的量纲,它反映了粒子平均在E2能级上停留的时间的长短,叫做粒子在该能级上的平均寿命,

3、简称寿命(或自然寿命),它是影响谱线线宽的因素之一。原子的能级寿命与原子的结构有关,一般激发态能级寿命~10-8s,寿命达10-3~1秒的能级状态,称亚稳态.实际上由于碰撞或其他外界干扰,原子能级的寿命要比自然寿命(10-8s)小几个数量级.由于受激辐射和受激吸收是由于外来光引起的，故单位时间的跃迁几率应与原子周围该频率的辐射能量密度成正比.因此称为爱因斯坦系数.4爱因斯坦系数设dN21为dt时间内由E2自发跃迁到E1能级上的粒子数,则在热平衡状态下,两能级之间,单位时间受激吸收的光子数应等于受激发射和自发

4、发射的光子数.因此或解出玻耳兹曼正则分布:由普朗克公式:上式与前式相比较，得要使上式两端对任何h/kT之值都成立,相应系数必须相等.即上面两关系式叫做爱因斯坦关系式,虽然是在热平衡条件下推出的,但它对普遍情况仍是适用的.是单位时间粒子由E1能级跃迁到E2能级上的几率,是单位时间粒子由E2能级跃迁到E1能级上的几率.