3. Понятие об энергитических уровнях молекул, спектры молекул

Подобно атому молекула, как микроскопическая система подчиняется квантовым законам и обладает совокупностью стационарных состояний с набором дискретных уровней энергий. Схема уровней энергии молекулы более сложная, чем у атома, так как внутреннее движение молекулы разнообразнее. Наряду с электронным движением наблюдаются колебательные и вращательные движения самих молекул. С этими видами движения связаны запасы колебательной и вращательной энергии, которые должны быть учтены в общем балансе. Введем обозначения:

- энергия, обусловленная электронной конфигурацией (электронная конфигурация);

- энергия, соответствующая колебаниям молекулы (колебательная или вращательная энергия);

- энергия, связанная с вращением молекулы (вращательная или ротационная энергия).

Движение электронов, колебание и вращение молекулы можно считать независимыми друг от друга. Тогда полная энергия

.

Энергия колебательного движения молекулы

, ,

где - колебательное квантовое число, .

Вращательная энергия молекулы

,

где - момент импульса системы.

, К= 0, 1, 2,…. – вращательное квантовое число.

I – момент инерции молекулы, относительно оси, проходящей через центр инерции. - правило отбора.

Тогда полная энергия имеет вид:

- электронная энергия.

Опыт показывает, что расстояние между энергетическими уровнями в молекуле связаны следующим образом:

.

И сходя из вышеизложенного, спектры молекул имеют характер полос, поэтому носят название полосатых спектров. В зависимости от того, изменение каких видов энергии обуславливает испускание молекулой фотона, различают 3 вида полос: 1) вращательные; 2) колебательно-вращательные; 3) электронно-колебательные.

С пектр электронно-колебательного типа. Наличие с одной стороны явно выраженного канта, другая сторона размыта.Вращательные полосы – образуются за счет изменения . Спектр состоит из ряда равностоящих линий, расположенных в очень далекой инфракрасной области.

К олебательно-вращательные полосы – образуются за счет изменения .

Спектр состоит из совокупности симметричных относительно линий, состоящих друг от друга на .

Литература

1, глава V, § 29  30; 36  30; 39  40.

2, глава 26, § 226  228; 230  231.

Лекция № 6 Оптические квантовые генераторы

1. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения.

2. Принципы спонтанного равновесия.

3. Принципы излучения действия лазера и особенности генерируемого им.

1. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения.

А томы могут находиться лишь в квантовых состояниях с дискретными значениями энергии E₁, E₂…E_N. Рассмотрим только два состояния с энергиями E₁ и E₂ ( , по вертикали отложена энергия) (рис. 6.1).

Если атом находится в основном состоянии 1, то под действием внешнего излучения может осуществляться вынужденный переход в возбуждённое состояние 2, приводящий к поглощению излучения. Вероятность подобных переходов пропорциональна плотности излучения, вызывающего эти периоды.

Атом, находящийся в возбуждённом состоянии 2, может через некоторый промежуток времени спонтанно, без каких-либо внешних воздействий, перейти в состояние с низшей энергией (в основное), отдавая избыточную энергию в виде электромагнитного излучения (испуская фотон с энергией ). Процесс испускания фотона возбуждённым атомом без каких-либо внешних воздействий называется спонтанным излучением. Т. к. спонтанные переходы взаимно не связаны, то спонтанное излучение некогерентно.

Если на атом, находящийся в возбуждённом состоянии, действует внешнее излучение с частотой, удовлетворяющей условно , то возникает вынужденный (индуцированный) переход в основное состояние 1 с излучением фотона той же энергии . При подобном переходе происходит излучение атомом фотона дополнительно к тому фотону, под действием которого произошёл переход.