Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 6
Текст из файла (страница 6)
до=+1 Ли = О, 4.1,... Действительно для электронных переходов. Межъядерный интервал при этом не изменяется (см, рис.1.90). Если кривые потенциальной энергии подобны (нет изменения межъядерного интервала), то пред- почитается до = О. При смещенных кривых Хи А изменяется и.
ЬУ= 0 действительно только при электронных переходах. В одинако- вом электронном состоянии имеет силу А/= 1 (Я-ветвь) либо Аl= -1 (Р-ветвь). А/=О, х! 2,( чети. ~-+ 2,( нечетн., то есть нет перехо- Фотон нечетный, четность есть мультиплида между уровнями одинаковой четности. кативное квантовое число. (чад Г„„д С...д„, * рд ° Колебания и вращения Наряду с электронной энергией молекулы в результате движения ядра появляются две энергетических составляющих. Во-первых, атомы в молекуле могут колебаться относительно своего равновесного положения и, во-вторых, сама молекула может вращаться вокруг основных инерциальных осей.
При этом общая энергия молекулы складывается из электронной энергии, колебательной энергии и врагцательной энергии. (1.9) Е = Е, + Е„-ь Ег 2 ==1 Колебательное д' состояние ' Врандательное состояние ч' 1 Рис. 1.1В. Энергетический уровень молекулы с электронными (Хи А), колебательными и вращательными состояниями Е„= (та + — ) )1г" 1 2 Е,=)дсВ !(3-1- 1), (!.10) (1.11) где: дд = 6„626 10 '4 Дж сек есть постоянная Планка, Г' — частота кванта колебания молекулы, с= 3 10' м/с — скорость света и В, — постоянная вращения.
Молекулы могут возбуждаться в разные вращательно-колебательные уровни (рис.! .96) с последующим переходом в нижележащие уровни, причем происходит излучение. Здесь возможны многочисленные переходы между разными уровнями — электронными, вращательными или колебательными, а длина волны возни- Электронная энергия Е, составляет от !до 20 эВ, колебательная энергия Е„= от 0,5 до 10-'эВ, в то время как вращательная энергия Е, будет менее = 10 ' эВ. Схема уровней молекулы, таким образом, несколько сложнее схемы уровней атомов.
Как видно из рис.1.10 (и рис.1.96), к каждому электронному уровню Х, А, В, С,... относится несколько эквилистантных колебательных уровней, над которыми создаются затем вращательные уровни. Колебательная и вращательная энергия квантуется так же, как электронная энергия. Колебательный и вращательный уровни обозначаются посредством квантовых чисел аз=О, 1, 2, 3,... и У=О, 1, 2, 3,... (не путать с полным орбитальным моментом!): !.д.д р уд *рд * р 33р кающего излучения находится в ультрафиолетовой, инфракрасной областях спектра или в дапьнем ИК-диапазоне.
Правила отбора при поглощении и излучении представлены в приведенной выше таблице 1.6. Многоатомные молекулы обнаруживают разные формы колебаний. Это можно объяснить на примере линейной, симметричной, трехатомной молекулы СО, (рис.!.11). Для молекулы СО, возможны три основных формы колебаний: симметричное продольное колебание с частотой)п изгнбное колебание с частотой7; =~,, Г„ и асимметричное продольное колебание с частотой г', Каждое колебание является квантованным и способно существовать независимо от других форм колебаний. Для обозначения колебательного уровня требуются три числа (ии тдн тд,).
Изгибные колебаниями; и 7;, в плоскости чертежа и перпендикулярно ей равнозначны, так что колебание с~; относят к вырожденным. Степень вырождения указывается с помошью верхнего индекса1(тд„ид„тдд) — см. здесь также п. 6.2. О С О 12а 12Ь Ряс. 1.11. Разнотипные основные колебания 13 -О- (-- молекулы СО, Описанные в данном разделе относительно простые молекулы с небольшим числом атомов находят применение в газовых инфракрасных и ультрафиолетовых лазерах (см.
главы 6 и 7). Дополнительное значение именно для лазерной техники имеют молекулы красителей, состояшие из значительно большего числа атомов. Эти сложные молекулы подробно описаны в разделе «Лазеры на красителях». 1.5. Энергетические уровни в твердотельных лазерах Твердые тела состоят из большого числа атомов, упорядоченных в кристаллах.
В результате взаимодействия атомов друг с другом в твердых телах, состоящих из дискретных уровней свободных атомов, возникают неразрывные энергетические зоны. Особую важность с точки зрения электрических и оптических свойств представляют две самых верхних, полностью или частично заполненных, зоны.
В частично заселенных зонах электроны способны двигаться под действием электрических полей и проводят, таким образом, электрический ток. В случае полностью заселенных зон это невозможно. Итак, можно принять грубую классификацию твердых тел на основе их электропроводности. У металлов самая верхняя энергетическая зона, так называемая зона (~4 Г 1.С,, г, рд проводимости, заселена лишь частично, так что имеет место высокая проводимость. Подобная электропроводность связана с сильным оптическим поглошением, поэтому металлы не пригодны для генерации лазерного излучения.
У изоляторов зона проводимости остается свободной, что исключает протекание тока. Расстояние до следующей нижележащей, так называемой валентной зоны настолько велико, что никакого поглощения в видимой области спектра быть не может. Поэтому изоляторы, как и стекло, керамика, кристаллы, в чистом виде прозрачны.
Полупроводники Полупроводники занимают промежуточное положение между металлами и изоляторами. При низких температурах или в абсолютно чистых вешествах также отсутствует электропроводность. Зона проводимости не заселена, в то время как нижележащая валентная зона вся заполнена. Ширина запрешенной зоны между этими двумя зонами, например, в случае кремния составляет 1,2 эВ, а у баАз 1,5 эВ. Данная энергия может подводиться путем повышения температуры или облучения светом, так что полупроводник приобретает электрическую проводимость. Кроме того, в результате легирования в зоне проводимости могут генерироваться электроны. Энергетические зоны и процессы поглощения и излучения света обсуждаются также в п.
1.6 и главе 10. Примесные атомы в изоляторах Неупорядоченности, или встроенные примесные атомы образуют дефекты кристаллической решетки твердых тел. Электроны, привязанные к таким примесным центрам, обладают характерными энергетическими состояниями, определяемыми имеюШимися дефектами и влиянием окружающей кристаллической решетки. У твердотельных лазеров кристаллы или стекла легируются примесными атомами, у которых имеются незаполненные внутренние оболочки. Речь идет здесь о переходных металлах типа Сг, Со, М или атомах редкоземельных элементов, например, Хб, Но, Ег.
Оптические переходы осуществляются во внутренних оболочках этих атомов, относительно хорошо экранированных внешними оболочками от влияния кристаллической решетки. Примером энергетических уровней, формируемых примесными атомами в кристалле, являются состояния ионов хрома в кристалле рубина. У лазера на рубиновом стержне такой кристалл состоит из окиси алюминия (а-А),Оп корунд) с добавлением примерно 0,05 % хрома (п. 9.1). В структуре решетки корунда некоторые ионы АР' заменяются ионами Сг" Влияние электростатического внутрикристаллического поля на ионы Сг" по своей эффективности меньше кулоновского взаимодействия электронов в атоме. Влияние внутрикристаллического поля на энергетические уровни ионов Сг' показано на рис.1.12. Слева представлена вычисленная энергия свободных ионов. Воздействие кубической составляющей кристаллического поля приводит к смешению и расшеплению энергетических состояний.
Вместо дискретных энергетических состояний частично появляются энергетические зоны. Треугольная составляющая (внутри) кристаллического поля, а также спин-орбитальное взаимодействие способствуютдальнейшим расшеплениям. БуквыА, Е, Т,..., используемые 22. Э... рр,*,э „р Зф для обозначения энергетических состояний, отображают не орбитальные моменты, а симметрирующие свойства распределений электронов. ээмиеэяи 4.г р Фмаенрим 1» — —— 2Е 4д Ф н я Фа» н Ф на» н» о о н» о о"оо о"о» »Фо ""о»» Фо" ФОХ»Ф нн" НННФФ й»2 Ф ИФ н р н» » р.а Ф Но о Н й а»Х ХФФ о РА 232'Р ' 2 '2 'р'3 'р а~ ,Фс2 о» а» ХФ но 42 й гэие. 1.12.
Схема энергетических уровней рубинового кристалла (А1,0,: Сг") Центры окраски Существует возможность такого воздействия на структуру кристаллов щелочных галогенидов (например, КС1), что возникает избыток атомов щелочных металлов. Недостаток атомов галогенов приводит к образованию дырок и, следовательно, анионных вакансий в кристалле (рис.1.13). Валентные электроны избыточных атомов щелочей не связаны и захнатываются анионными вакансиями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
