Презентация Лекция 1. Взаимодействие излучения с атомами онлайн

Содержание слайда: ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ №1 Взаимодействие излучения с атомами Астапенко В.А., д.ф.-м.н.

Содержание слайда: Атом водорода. Формула Бальмера. Исследование взаимодействия электромагнитного излучения с атомами началось с регистрации спектров атома водорода. В результате обобщения экспериментальных данных в 1885 году было получено простое соотношение, с высокой степенью точности описывающее измеренные к тому времени значения длин волн атома водорода (формула Бальмера):

Содержание слайда: Полуклассическая теория атома Н. Бора. Постулаты Бора. 1. Электроны в атомах находятся в особых, стационарных состояниях n>, соответствующих круговым орбитам, параметры которых определяются условием квантования момента количества движения:

Содержание слайда: Уравнения Бора и атомные единицы.

Содержание слайда: Дискретный спектр энергии водородоподобного атома Целое неотрицательное число n, фигурирующее в этом равенстве, отвечает главному квантовому числу электронного состояния в последовательной квантовой теории атома водорода.

Содержание слайда: Принцип соответствия между классической и квантовой механикой Вышеизложенная теория Бора является не только теорией атома водорода, но и теорией взаимодействия электромагнитного излучения с атомом, т.к. важные черты этого взаимодействия описываются 2 и 3 постулатами Бора. Дальнейшее развитие теории взаимодействия излучения с атомами может быть осуществлено, не прибегая к последовательному квантово-электродинамическому формализму, а используя так называемый принцип соответствия в духе полуклассического подхода Бора. Отправной точкой такого рассмотрения является выражение для мощности дипольного излучения, известное из классической электродинамики. Оно имеет вид:

Содержание слайда: Мощность излучения атомного перехода Итак, использование формулы классической электродинамики и замен дипольного момента и собственной частоты позволили получить квантовый результат для мощности излучения спектральных линий и вероятности спонтанного излучения. Это обстоятельство является отражением принципа соответствия между классической и квантовой физикой. Данный принцип может быть сформулирован следующим образом. Квантово-механические выражения получаются из классических, если в последних Фурье-компоненты физических величин заменить на матричные элементы этих величин. Причем частота квантового перехода должна совпадать с частотой Фурье-компоненты.

Содержание слайда: Спектроскопический принцип соответствия Принцип соответствия между классической и квантовой физикой, конкретизированный для случая излучательных переходов в атоме, называется спектроскопическим принципом соответствия. Его можно сформулировать следующим образом. Атом при взаимодействии с электромагнитным полем ведет себя как набор классических осцилляторов, обладающих собственными частотами, равными частотам переходов между атомными уровнями энергии. Это значит, что каждому переходу между атомными состояниями и ставится в соответствие осциллятор с собственной частотой, определяемой по 3 постулату Бора. Назовем эти осцилляторы осцилляторами переходов.

Содержание слайда: Сила осциллятора Вклад осцилляторов переходов в отклик атома на электромагнитное воздействие пропорционален безразмерной величине, называемой силой осциллятора. Сила осциллятора для перехода между состояниями дискретного спектра определяется формулой

Содержание слайда: Силы осцилляторов для атома водорода

Содержание слайда: Взаимодействие электромагнитного поля с осциллятором перехода в атоме

Содержание слайда: Спектральная форма линии осциллятора перехода Однородное и неоднородное уширение спектральной линии

Содержание слайда: Сечение радиационного перехода

Содержание слайда: Динамическая поляризуемость атома

Содержание слайда: Предельные случаи атомной поляризуемости

Содержание слайда: Общие соотношения для динамической поляризуемости

Содержание слайда: Динамическая поляризуемость водородоподобного атома

Содержание слайда: Фотоионизация атомной оболочки

Содержание слайда: Водородоподобное приближение для фотоионизации (формула Зоммерфельда)

Содержание слайда: Сечение фотоионизации атома водорода, вычисленное в различных приближениях Зоммерфельдовское, крамерсовское и борновское сечение фотоионизации основного состояния атома водорода, а также сечение в приближении Роста

Содержание слайда: Рассеяние фотона на свободном электроне Рассеяние фотона на покоящемся электроне, pe – импульс отдачи электрона

Содержание слайда: Рэлеевское рассеяние излучения на атоме, интегральное по углу рассеяния

Содержание слайда: Угловое распределение рассеянного излучения