光散射的量子力学解释x

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1、光散射的量子力学解释参考文献《光散射的量子理论概述》《费曼物理学第三卷》18章光的散射（延德尔效应）三种处理：1.光具有波粒二象性，按量子力学；2.光是电磁波，按经典电动力学；3.光是横波，按经典波动理论。按量子力学解释散射过程：光子被原子中电子吸收，然后引起原子的变化，之后再被辐射出来；或者不被吸收，而发生碰撞。分类：弹性碰撞：散射光频率=入射光频率，康普顿散射、瑞利散射、米氏散射；非弹性散射：散射光的频率高于或者低于入射光频率，拉曼散射。康普顿散射：高能光子频率变低瑞利散射与米氏散射：波长与尘埃大小相近的光的色散粒子线度比波长小，a

2、<0.3λ/2π：尘埃→天空的颜色，光向四面八方散开粒子线度比波长大，a较大：雨滴→云的颜色，仍为白光拉曼散射：典型的非弹性散射与瑞利散射不同，拉曼散射光的频率发生变化。每种物质都有的特征谱线，散射光的频率略大于或小于入射光，较窄且成对出现在两侧，频率差相同。ANTI-STOKES0-RayleighSTOKES0+0瑞利散射和拉曼散射的量子力学解释光子作用于分子，可能发生弹性散射，也可能发生非弹性散射。弹性散射中，光子与分子间不发生能量交换，频率不变，只改变方向；非弹性散射中，光子不仅改变方向，还从分子得到能量（频率增加

3、），或把一部分能量传递给分子，转变为分子的振动或转动能（频率减小）。Stokes、反Stokes与瑞利线的能级差，同红外光谱的能级差相同。当入射光改变频率时，此能级差不变，只与物质种类有关。康普顿散射、瑞利散射、拉曼散射的区别康普顿散射，⊿λ=λ-λ0=h(1-cosθ)/mc，当θ=0°时，波长不变；瑞利散射则是在任意方向上均不变。产生机理上看，光子和外层电子（可以看成自由电子）产生康普顿散射，与结合能较大的内层电子作用，瑞利散射的成分增加。可是实际情况并不这样泾渭分明。实际电子都是被束缚的，光子与其作用的理论计算很复杂，可以看成一个

4、二次过程。光子先被吸收，电子跃迁到虚激发态，然后返回初态放出一个光子。此为瑞利散射。若电子部分地吸收光子的动量，电子不跃迁，而是连续地散射，则此为康普顿散射。如果电子回到某个激发态或者比初态能量更低的分离态，则光子能量也要减少或增加，这是拉曼散射。不同跃迁发生的概率决定了不同谱线间强度的差异。另外，康普顿散射、瑞利散射主要是光子与原子之间的散射，而拉曼散射主要是光子与分子之间的散射。量子力学推导设一束光从-z方向入射到处于基态的原子j=0，然后被散射出去。可以认为光的散射分为两个阶段：光子先被吸收，然后再被发射出去。若入射的是一个RHO

5、光子，则原子吸收光子后，会处于m=+1（角动量守恒），这过程的振幅称为c，随后原子在θ方向发生一个RHO光子，该方向上散射的总振幅为也有一定振幅辐射出LHO的光子，为如果入射的是一个LHO光子，其散射成RHO光子的振幅为散射成LHO光子的振幅为对于圆偏振光的任何组合，其散射强度与成正比。如果是线偏振光，可以用RHO和LHO的叠加来表示，x方向的线偏振可写作Y方向的为Θ方向被散射为RHO的光子LHO光子为总的偏振为另有关系得在θ方向和成正比。考虑Y方向的情况讨论前面关于x方向偏振和y方向偏振的结果和经典理论相一致。经典情形中我们想象电子为

6、一个由线性恢复力束缚于原子，以致于电子就像一个经典振子。但是这种一致性发生具有j=1的激发态和j=0的基态的原子这一特殊情况中。如果激发态的自旋为2，将得到不同的结果。谢谢！