Многоэлектронный атом (Лекция 8) - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №1

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №2

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №3

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №4

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №5

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №6

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №7

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №8

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №9

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №10

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №11

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №12

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №13

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №14

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №15

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №16

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №17

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №18

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №19

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №20

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №21

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №22

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №23

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №24

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №25

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №26

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №27

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №28

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №29

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №30

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №31

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №32

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №33

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №34

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №35

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №36

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №37

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №38

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №39

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №40

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №41

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №42

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №43

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №44

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №45

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №46

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №47

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №48

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №49

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №50

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №51

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №52

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №53

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №54

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №55

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №56

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №57

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №58

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №59

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №60

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №61

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №62

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №63

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №64

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №65

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №66

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №67

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №68

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №69

Многоэлектронный атом (Лекция 8), слайд №70

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Многоэлектронный атом (Лекция 8). Доклад-сообщение содержит 70 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Омский государственный технический университет Кафедра физики Калистратова Л.Ф. Электронные лекции по разделам оптики, квантовой механики, атомной и ядерной физики 9 лекций (18 аудиторных часов)

Слайд 2

Описание слайда:

Лекция 8. Многоэлектронный атом План лекции 8.1. Периодическая таблица элементов. 8.2. Оптические спектры элементов. 8.3. Рентгеновские спектры элементов. 8.4. Лазерное излучение.

Слайд 3

Описание слайда:

8.1. Периодическая таблица элементов Атом любого элемента природы имеет много электронов. Атом любого элемента – нейтрален. Положительный заряд ядра атома равен суммарному отрицательному заряду всех электронов. Каждый из электронов движется в усредненном электрическом поле ядра и остальных электронов. Заряд ядра для конкретного электрона будет экранироваться другими электронами.

Слайд 4

Описание слайда:

Усредненное по времени результирующее поле: Усредненное по времени результирующее поле: - можно считать центрально-симметричным (зависит только от r); - не кулоновским (т.е. пропорциональным 1/r2 ). Решение уравнения Шредингера для электрона, движущегося в центрально-симметричном не кулоновском поле, даёт результат, аналогичный результату для водородного атома. Сложный атом имеет набор собственных значений энергии и волновых функций. Этот набор определяется квантовыми числами.

Слайд 5

Описание слайда:

Физическая теория многоэлектронного атома Физическая теория многоэлектронного атома строится на следующих положениях. 1. Электроны в атоме имеют одинаковые физические свойства: массу, электрический заряд, спин. 2. Электроны в атоме – неразличимые частицы. По законам квантовой физики тождественные частицы нельзя различить, т.е. нельзя их пронумеровать и следить за какой-то отдельной частицей. Неразличимые частицы обязательно должны находиться в разных квантовых состояниях.

Слайд 6

Описание слайда:

3. Состояние электрона в атоме описывается набором четырёх квантовых чисел: 3. Состояние электрона в атоме описывается набором четырёх квантовых чисел: главное: n = 1, 2, 3, …. орбитальное: l = 0, 1, 2, …, n-1 магнитное: m = - l, …,0, …, + l cпиновое: s =

Слайд 7

Описание слайда:

3. Изменить состояние электрона – значит изменить хотя бы одно квантовое число. 3. Изменить состояние электрона – значит изменить хотя бы одно квантовое число. 4. Принцип Паули: в одном и том же атоме не может быть двух электронов, обладающих одинаковой совокупностью всех четырёх квантовых чисел (в одном и том же квантовом состоянии не могут находиться одновременно два электрона). 5. Схема энергетических уровней всех атомов одинакова: уровни с заданным главным квантовым числом n расщепляются на подуровни в зависимости от остальных квантовых чисел.

Слайд 8

Описание слайда:

6. Всего дозволенных энергетических состояний: 6. Всего дозволенных энергетических состояний: 7. Электроны заполняют энергетические уровни атома, начиная с уровня с наименьшим значением энергии. 8. В состоянии равновесия атом должен иметь минимальное значение потенциальной энергии (общее условие равновесия систем).

Слайд 9

Описание слайда:

Схема энергетических уровней многоэлектронного атома Схема энергетических уровней многоэлектронного атома

Слайд 10

Описание слайда:

Электронной оболочкой называется совокупность электронов в атоме, имеющих одинаковое главное квантовое число n. Электронной оболочкой называется совокупность электронов в атоме, имеющих одинаковое главное квантовое число n. Оболочкам дают обозначения, заимствованные из спектроскопии рентгеновских лучей: n = 1 2 3 4 5 6 7… Обозначения: K L M N O P Q… Оболочки подразделяются на подоболочки, отличающиеся значением орбитального квантового числа l. В состояниях с данным значением n в атоме могут находиться не более 2n2 электронов.

Слайд 11

Описание слайда:

К – оболочка (n = 1) может принять только 2 электрона (2n2 = 2): оба электрона в s – состоянии. К – оболочка (n = 1) может принять только 2 электрона (2n2 = 2): оба электрона в s – состоянии. L – оболочка (n = 2) может принять 8 электронов (2n2 = 8): 2 электрона в s – состоянии и 6 электронов в р – состоянии. М – оболочка (n = 3) может принять 18 электронов (2n2 = 18): 2 электрона в s – состоянии, 6 электронов в р – состоянии и 10 электронов в d – состоянии. N – оболочка (n = 4) может принять 32 электрона и т.д.

Слайд 12

Описание слайда:

Распределение электронов по подоболочкам Распределение электронов по подоболочкам

Слайд 13

Описание слайда:

Заполнение электронами К - оболочки Заполнение электронами К - оболочки Электронные формулы элементов: Водород: 1s1 Литий: 1s2 Атом водорода - первый элемент периодической таблицы Д. И. Менделеева; имеет один электрон в состоянии с n = 1 и l = 0 ; - самое низшее энергетическое состояние описывается набором квантовых чисел: (1, 0, 0, -1/2).

Слайд 14

Описание слайда:

Энергетическая схема атома водорода Энергетическая схема атома водорода

Слайд 15

Описание слайда:

Атом гелия Атом гелия второй элемент периодической таблицы Д. И. Менделеева; - имеет два электрона в состоянии с n = 1 и l = 0 ; самое низшее энергетическое состояние описывается набором квантовых чисел: (1, 0, 0, -1/2) (1, 0, 0, +1/2) - электронная формула атома гелия: 1s2 На атоме гелия заканчивается заполнение так называемой К – оболочки.

Слайд 16

Описание слайда:

Энергетическая схема атома гелия Энергетическая схема атома гелия

Слайд 17

Описание слайда:

Заполнение электронами L - оболочки Заполнение электронами L - оболочки Электронные формулы элементов: Литий: 1s22s1 Бериллий: 1s22s2 Бор: 1s22s22р1 Углерод: 1s22s22р2 Азот: 1s22s22р3 Кислород: 1s22s22р4 Фтор: 1s22s22р5 Неон: 1s22s22р6 Заполнение L – оболочки заканчивается неоном (инертным газом).

Слайд 18

Описание слайда:

Энергетическая схема атома углерода Энергетическая схема атома углерода 1s22s22р2

Слайд 19

Описание слайда:

Заполнение электронами М - оболочки Заполнение электронами М - оболочки М – оболочка может содержать 18 электронов. Последовательно заполняются: сначала s – состояния двумя электронами Na, Mg , затем р – состояния шестью электронами Al, Si, P, S, Cl, Ar, затем d – состояния десятью электронами K, Ca, Se,Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni.

Слайд 20

Описание слайда:

Энергетическая схема атома натрия Энергетическая схема атома натрия

Слайд 21

Описание слайда:

Объяснение периодичности в свойствах элементов Объяснение периодичности в свойствах элементов Принцип Паули дает объяснение периодической повторяемости свойств атомов. Проследим построение периодической системы элементов Менделеева. В атоме водорода имеется один электрон с произвольной ориентацией спина в состоянии 1s. Если заряд ядра атома водорода увеличить на единицу и добавить еще один электрон, получится атом гелия.

Слайд 22

Описание слайда:

Оба электрона в атоме гелия находятся в Оба электрона в атоме гелия находятся в К – оболочке, но с антипараллельной ориентацией спинов. Больше двух электронов К - оболочка принять не может. Каждый последующий атом будет получаться при увеличении заряда ядра предыдущего атома на единицу и добавлении одного электрона, который помещается в L - оболочке.

Слайд 23

Описание слайда:

Так третий электрон атома лития оказывается в Так третий электрон атома лития оказывается в L - оболочке в 2s-состоянии и он слабее остальных связан с ядром атома. У четвёртого элемента, бериллия, полностью заполняется подоболочка 2s. У следующих шести элементов (B, C, N, O, F и Ne) происходит заполнение электронами подоболочки 2р Таким образом, гелий имеет полностью заполненную К – оболочку, а неон имеет полностью заполненную L – оболочку.

Слайд 24

Описание слайда:

Таким образом, специфические свойства гелия, неона и остальных инертных газов, объясняются полным заполнением электронами электронных оболочек атома. Таким образом, специфические свойства гелия, неона и остальных инертных газов, объясняются полным заполнением электронами электронных оболочек атома. Натрий (Z = 11) имеет заполненные K – оболочку и L – оболочку; одиннадцатый электрон обязан находиться в состоянии 3s M – оболочки. Электронная конфигурация натрия имеет вид: 1s22s22р63s1 Заполнение М - оболочки идет до 19 номера.

Слайд 25

Описание слайда:

Электрон 3s в атоме натрия связан с ядром слабее других и является валентным. Электрон 3s в атоме натрия связан с ядром слабее других и является валентным. В связи с этим химические свойства лития, натрия и цезия подобны: Литий: 1s22s1 Натрий: 1s22s22р63s1 Цезий: 1s22s22р63s23р63d104s24p64d105s25p66s1 Таким образом, химические свойства щелочных металлов определяются одним валентным электроном, слабо связанным с ядром.

Слайд 26

Описание слайда:

Отступления от периодичности заполнения электронами электронных подоболочек начинается в N – оболочке, начиная с 20 элемента (Z = 20 - 30). Отступления от периодичности заполнения электронами электронных подоболочек начинается в N – оболочке, начиная с 20 элемента (Z = 20 - 30). В этих элементах подоболочка 3d в N - оболочке при данной общей конфигурации оказывается энергетически выше подоболочки 4s. Поэтому сначала заполняется подоболочка 4s, затем заполняется подоболочка 3d. Следующие отступления составляют элементы с номерами 58 – 71, которые образуют группу лантанидов или редкоземельных металлов.

Слайд 27

Описание слайда:

У них вперёд идёт заполнение электронами 5f -подоболочки, которая лежит ниже, чем 4d –подоболочки. У них вперёд идёт заполнение электронами 5f -подоболочки, которая лежит ниже, чем 4d –подоболочки. Поэтому у всех лантанидов внешняя подоболочка 6s2 оказывается одинаковой, что и объясняет близость их химических свойств. Группу химически родственных элементов образуют актиниды (атомные номера 90 - 103), у которых заполняется 5f - подоболочка при неизменной внешней оболочке 7s2.

Слайд 28

Описание слайда:

Все элементы рядов как актинидов, так и лантанидов находятся в соответствующей одной клетке периодической таблицы, так как химические свойства этих элементов очень близки. Все элементы рядов как актинидов, так и лантанидов находятся в соответствующей одной клетке периодической таблицы, так как химические свойства этих элементов очень близки. Таким образом, квантовая механика полностью может описать строение атомов химических элементов; объяснить их свойства повторяемостью в структуре внешних оболочек у атомов.

Слайд 29

Описание слайда:

8.2. Оптические спектры В атоме электроны заполняют нижние энергетические уровни, верхние уровни свободны от электронов. Атом может находиться в основном состоянии бесконечно долго. Если атом возбудить, то внешний валентный электрон в более высокое энергетическое состояние, в котором он может находиться 10-8 с.

Слайд 30

Описание слайда:

После электрон через серию последовательных переходов должен вернуться в своё прежнее основное энергетическое состояние, при этом атом излучает энергию разных частот. После электрон через серию последовательных переходов должен вернуться в своё прежнее основное энергетическое состояние, при этом атом излучает энергию разных частот. Так получаются спектральные серии атома в оптическом диапазоне частот (инфракрасное, видимое и ультрафиолетовые излучения). Оптические спектры атомов получаются при переходах его валентных электронов между верхними энергетическими уровнями.

Слайд 31

Описание слайда:

Оптические спектры атома углерода Оптические спектры атома углерода

Слайд 32

Описание слайда:

Верхние энергетические уровни имеют сложное строение, поэтому расшифровка оптических спектров затруднена. Верхние энергетические уровни имеют сложное строение, поэтому расшифровка оптических спектров затруднена. Имеются каталоги оптических спектров всех элементов. Отдел физики, занимающийся расшифровкой оптических спектров называется оптическим спектральным анализом.

Слайд 33

Описание слайда:

Ширина и интенсивность спектральных линий различна. Ширина и интенсивность спектральных линий различна. Интенсивность линий определяется вероятностью перехода электрона с одного энергетического уровня на другой. Каждый переход имеет вполне определённую вероятность, а некоторые переходы вообще запрещены законами квантовой механики.

Слайд 34

Описание слайда:

Правила отбора Правила отбора Правила отбора ограничивают число возможных переходов электронов в атоме. Возможны только такие переходы, при которых квантовые числа изменяются в соответствии с правилами отбора: главное квантовое число ; орбитальное квантовое число ; магнитное квантовое число .

Слайд 35

Описание слайда:

Правила отбора: 1) переход А – запрещён ; Правила отбора: 1) переход А – запрещён ; 2) переход В - разрешён .

Слайд 36

Описание слайда:

Слайд 37

Описание слайда:

8.3. Рентгеновские спектры элементов Любой элемент периодической таблицы даёт как оптические спектры, так и рентгеновские спектры. Рентгеновские спектры бывают двух видов: тормозной (сплошной) и характеристический ( линейчатый). Оба вида спектров получают при работе рентгеновских трубок. Рентгеновская трубка – вакуумный баллон с впаянными электродами (катодом К и анодом А), между которыми создаётся высокое напряжение (600 – 800 В).

Слайд 38

Описание слайда:

Рентгеновская трубка Рентгеновская трубка Рентгеновское излучение создаёт вещество анода (антикатода). Обычно это медь, хром, вольфрам, железо, кобальт.

Слайд 39

Описание слайда:

Сплошной рентгеновский спектр (103 – 10-3 нм) : Сплошной рентгеновский спектр (103 – 10-3 нм) : получается при резком торможении летящих из катода электронов, попавших в вещество антикатода; не зависит от вещества антикатода; зависит от напряжения на рентгеновской трубке; имеет резко выраженную коротковолновую границу. Энергию рентгеновского кванта с длиной волны приравняем работе сил электрического поля, разогнавшего электрон:

Слайд 40

Описание слайда:

Сплошной рентгеновский спектр Сплошной рентгеновский спектр

Слайд 41

Описание слайда:

При определённом достаточно большом напряжении U на рентгеновской трубке на фоне сплошного спектра возникают очень большие по интенсивности узкие спектральные линии – это характеристический спектр. При определённом достаточно большом напряжении U на рентгеновской трубке на фоне сплошного спектра возникают очень большие по интенсивности узкие спектральные линии – это характеристический спектр. Характеристический (линейчатый) спектр: получается при переходах электронов вещества антикатода между внутренними энергетическими уровнями атома; его свойства напрямую определяются веществом антикатода.

Слайд 42

Описание слайда:

Характеристический рентгеновский спектр Характеристический рентгеновский спектр

Слайд 43

Описание слайда:

При большом напряжении на рентгеновской трубке внешний электрон приобретёт кинетическую энергию равную энергии ионизации атома. При большом напряжении на рентгеновской трубке внешний электрон приобретёт кинетическую энергию равную энергии ионизации атома. Он передаёт её внутреннему электрону вещества антикатода. Внутренний электрон атома, приняв энергию от внешнего электрона, уйдёт за пределы атома. Внутри атома начнутся переходы вышележащих электронов на освободившиеся энергетические уровни. При этом атом испускает фотоны рентгеновского диапазона частот.

Слайд 44

Описание слайда:

Возникновение линейчатого рентгеновского спектра Возникновение линейчатого рентгеновского спектра

Слайд 45

Описание слайда:

Рентгеновские характеристические спектры всех элементов совершенно идентичны между собой, потому что все атомы имеют одинаковую схему нижних энергетических уровней. Рентгеновские характеристические спектры всех элементов совершенно идентичны между собой, потому что все атомы имеют одинаковую схему нижних энергетических уровней. Для каждого элемента они состоят из нескольких серий : K, L, M, N, … Каждая серия состоит из нескольких линий:

Слайд 46

Описание слайда:

Рентгеновский характеристический спектр Рентгеновский характеристический спектр

Слайд 47

Описание слайда:

Все серии имеют более тонкую структуру: Все серии имеют более тонкую структуру: Тонкая структура рентгеновских спектров обусловлена переходами с изменением орбитального и магнитного квантовых чисел, для которых должны учитываться правила отбора. Закон Г. Мозли: корень из частоты рентгеновской линии пропорционален порядковому номеру элемента.

Слайд 48

Описание слайда:

Закон Мозли: Закон Мозли: R – постоянная Ридберга, - постоянная экранирования, n и m – номера энергетических уровней.

Слайд 49

Описание слайда:

Расшифровкой рентгеновских спектров занимается рентгеновский спектральный анализ. Расшифровкой рентгеновских спектров занимается рентгеновский спектральный анализ. Рентгеновские спектры элементов: - значительно проще их оптических спектров; Спектр сложного по составу материала является простой суммой спектров отдельных элементов.

Слайд 50

Описание слайда:

8.4. Лазерное излучение Лазеры или оптические квантовые генераторы – это современные когерентные источники излучения, обладающие целым рядом уникальных свойств. Создание лазеров явилось одним из самых замечательных достижений физики второй половины XX века, которое привело к революционным изменениям во многих областях науки и техники. Лазеры излучают свет в различных оптических диапазонах. Лазеры могут работать в импульсном и непрерывном режимах.

Слайд 51

Описание слайда:

Создано большое количество лазеров с различными характеристиками: Создано большое количество лазеров с различными характеристиками: - газовых; твердотельных; полупроводниковых. Мощность излучения лазеров может изменяться в пределах от долей милливатта до 1012–1013 Вт (в импульсном режиме). Хотя первый лазер был построен сравнительно недавно (1960 г.), современную жизнь уже невозможно представить без лазеров.

Слайд 52

Описание слайда:

Лазеры находят широкое применение: Лазеры находят широкое применение: в военной технике; в технологии обработки материалов; - в медицине; в оптических системах навигации, связи и локации; в прецизионных интерференционных экспериментах; в химии и т. д. Уникальные свойства лазерного излучения возникают в результате согласованного, кооперативного испускания световых квантов многими атомами рабочего вещества.

Слайд 53

Описание слайда:

Свойства лазерного излучения: Свойства лазерного излучения: высокая степень монохроматичности и когерентности, недостижимая в излучении других источников; поляризованность; большая мощность; узкая направленность излучения. Стабильным состоянием, в котором атом может находиться бесконечно долго в отсутствие внешних возмущений, является только основное состояние с наименьшей энергией.

Слайд 54

Описание слайда:

Возбужденный атом может пребывать в нестабильных состояниях лишь очень короткое время, порядка Возбужденный атом может пребывать в нестабильных состояниях лишь очень короткое время, порядка 10–8 с, после этого он самопроизвольно переходит в одно из низших состояний, испуская квант света. Спонтанным называется излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое. Метастабильными называются энергетические состояния, в которых атом может пребывать значительно большее время, порядка 10–3 с.

Слайд 55

Описание слайда:

Физической основой работы лазеров является индуцированное излучение: излучение атома при переходе электрона с верхнего энергетического уровня на нижний в присутствии внешнего электромагнитного поля, частота которого равна собственной частоте перехода. Физической основой работы лазеров является индуцированное излучение: излучение атома при переходе электрона с верхнего энергетического уровня на нижний в присутствии внешнего электромагнитного поля, частота которого равна собственной частоте перехода. Такой переход предсказал в 1916 году А. Эйнштейн Вынужденное (или индуцированное) излучение обладает удивительным свойством.

Слайд 56

Описание слайда:

В результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном атом испускает еще один фотон той же самой частоты, распространяющийся в том же направлении. В результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном атом испускает еще один фотон той же самой частоты, распространяющийся в том же направлении. С точки зрения квантовой теории, в результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном, частота которого равна частоте перехода, появляются два совершенно одинаковых фотона-близнеца.

Слайд 57

Описание слайда:

На языке волновой теории это означает, что атом излучает электромагнитную волну, у которой частота, фаза, поляризация и направление распространения точно такие же, как и у первоначальной волны. На языке волновой теории это означает, что атом излучает электромагнитную волну, у которой частота, фаза, поляризация и направление распространения точно такие же, как и у первоначальной волны. В результате вынужденного испускания фотонов амплитуда волны, распространяющейся в среде, возрастает.

Слайд 58

Описание слайда:

Условное изображение процессов: Условное изображение процессов: (a) поглощения, (b) спонтанного испускания и (c) индуцированного испускания кванта.

Слайд 59

Описание слайда:

Рассмотрим слой прозрачного вещества, атомы которого могут находиться в состояниях с энергиями E1 и E2 > E1. Рассмотрим слой прозрачного вещества, атомы которого могут находиться в состояниях с энергиями E1 и E2 > E1. Пусть в этом слое распространяется излучение резонансной частоты перехода: Согласно распределению Больцмана, при термодинамическом равновесии большее количество атомов вещества будет находиться в нижнем энергетическом состоянии.

Слайд 60

Описание слайда:

Обозначим населенности нижнего и верхнего уровней соответственно через n1 и n2

Слайд 61

Описание слайда:

В результате прошедшее через слой вещества излучение будет ослабляться. В результате прошедшее через слой вещества излучение будет ослабляться. Чтобы проходящая через слой вещества волна усиливалась, нужно искусственно создать условия, при которых n2 > n1, т. е. создать инверсную населенность уровней. Такая среда является термодинамически неравновесной (с отрицательной температурой Т). Существуют различные способы получения среды с инверсной населенностью уровней.

Слайд 62

Описание слайда:

В рубиновом лазере используется оптическая накачка. В рубиновом лазере используется оптическая накачка. Атомы возбуждаются за счет поглощения света. Но для этого недостаточно только двух уровней. Каким бы мощным не был свет лампы–накачки, число возбужденных атомов не будет больше числа невозбужденных. В рубиновом лазере накачка производится через третий выше расположенный уровень.

Слайд 63

Описание слайда:

Трехуровневая схема оптической накачки Трехуровневая схема оптической накачки

Слайд 64

Описание слайда:

В кристалле рубина уровни E1, E2 и E3 принадлежат примесным атомам хрома. В кристалле рубина уровни E1, E2 и E3 принадлежат примесным атомам хрома. После вспышки мощной лампы, расположенной рядом с рубиновым стержнем, многие атомы хрома, который входит в виде примеси в кристалл рубина (около 0,05 %), переходят в состояние с энергией E3. Через промежуток 10–8 с они переходят в состояние с энергией E2. Уровень E2 – метастабильный. Лазерный переход осуществляется между уровнями E2 и E1.

Слайд 65

Описание слайда:

Перенаселенность возбужденного уровня E2 по сравнению с невозбужденным уровнем E1 возникает из-за относительно большого времени жизни электронов на уровне E2. Перенаселенность возбужденного уровня E2 по сравнению с невозбужденным уровнем E1 возникает из-за относительно большого времени жизни электронов на уровне E2. Активной средой лазера является среда, в которой создана инверсная населенность уровней. Активная среда служит резонансным усилителем светового сигнала. Накачка - процесс для поддерживания инверсной населенности уровней.

Слайд 66

Описание слайда:

Идея использования неравновесных сред для получения оптического усиления впервые была высказана В. А. Фабрикантом в 1940 году. Идея использования неравновесных сред для получения оптического усиления впервые была высказана В. А. Фабрикантом в 1940 году. В 1954 году русские физики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и американский ученый Ч. Таунс использовали явление индуцированного испускания для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны λ = 1,27 см. За разработку нового принципа усиления и генерации радиоволн в 1964 году все трое были удостоены Нобелевской премии.

Слайд 67

Описание слайда:

Резонатор (два зеркала) осуществляет обратную связь для того, чтобы возникала генерация света. Резонатор (два зеркала) осуществляет обратную связь для того, чтобы возникала генерация света. Для этого активную среду нужно расположить между двумя высококачественными зеркалами, отражающими свет строго назад. Свет многократно проходит через активную среду, вызывая лавинообразный процесс индуцированной эмиссии когерентных фотонов. Через некоторое время в такой системе возникает стационарный режим генерации.

Слайд 68

Описание слайда:

Развитие лавинообразного процесса генерации в лазере Развитие лавинообразного процесса генерации в лазере

Слайд 69

Описание слайда:

Лазерное излучение выводится наружу через одно (или оба) из зеркал, обладающее частичной прозрачностью. Лазерное излучение выводится наружу через одно (или оба) из зеркал, обладающее частичной прозрачностью. Лазер на рубине работает в импульсном режиме на длине волны 694 мм (темно-вишневый свет), мощность излучения может достигать в импульсе 106–109 Вт. Исторически это был первый действующий лазер (американский физик Т. Майман, 1960 г.).