Promieniowanie atomów wzbudzonych

Transkrypt

1 Achorage, USA, May 2002

2 W-27 (Jaroszewicz) 23 slajdy Na podstawie prezetacji prof. J. Rutkowskiego Promieiowaie atomów wzbudzoych Promieiowaie spotaicze Promieiowaie wymuszoe Promieiowaie retgeowskie

3 3/23-W27 Widma optycze wzbudzeie atomu, czyli przejście elektroów walecyjych a wyższe poziomy eergetycze zachodzi pod wpływem: ogrzewaia, wyładowaia elektryczego, oświetleia promieiowaiem widzialym i adfioletowym, reakcji chemiczej, wzbudzoe atomy przechodzą do stau iższego promieiując eergię w postaci kwatów promieiowaia każdy pierwiastek ma charakterystyczy układ liii emisyjych przejścia odbywają się zgode z regułami wyboru (l=1, j=0, 1 są bardziej prawdopodobe od iych) czas życia a poziomach wzbudzoych 10-8 s jest wielokrotie krótszy od czasu a poziomach metatrwałych (10-2 s)

4

5 5/23-W27 Absorpcja i emisja spotaicza Emisję kwatu promieiowaia przy samorzutym przejściu atomu ze stau wzbudzoego do stau iższego eergetyczie azywamy emisją samoistą N (t) liczba wzbudzoych atomów Obliczmy ile ich ubędzie w czasie dt: dn N t dn = -A m N dt A m dt A ln A m N N ( 0) e m N ( 0) e t t t C t emisja spotaicza 0, C N ln gdzie A m = 1/ współczyik spotaiczego przejścia, określający szybkość przejść dla emisji spotaiczej, jest rówy odwrotości średiego czasu życia atomów w staie wzbudzoym Procesem odwrotym jest absorpcja, przejście atomu ze stau podstawowego do stau wzbudzoego w zależości od gęstości promieiowaia u dnm BmuNm 0 N 0 dt

6 6/23-W27 Rozkład obsadzeń staów eergetyczych Stay o iższej eergii są obsadzae z większym prawdopodobieństwem iż stay o wyższej eergii N E Ae E kt rozkład Boltzmaa prawdopodobieństwo z jakim atomy zajmują róże stay eergetycze rozkład boltzmaowski N << N m N > N m rozkład atyboltzmaowski odwróceie rozkładu Boltzmaa metodą pompowaia N m N E m E rozkład atyboltzmaowski

7 7/23-W27 Promieiowaie wymuszoe W przypadku iwersji obsadzeń oddziaływaie fali elektromagetyczej z cząstkami układu prowadzi do emisji wymuszoej dn BmuNdt Prawdopodobieństwa przejść między staami m i określa się za pomocą współczyików Eisteia: B m, B m, A m Z waruku rówowagi: liczba przejść: absorpcyjych, absorpcja B un dt A dt un emisyjych spotaiczych i wymuszoych B m m B m m oraz m N A m B m 8h 3 dt c 3B m lecz A m >B m u emisja wymuszoa emisja spotaicza jest bardziej prawdopodoba iż wymuszoa

8 8/23-W27 Emisja spotaicza a wymuszoa róże kieruki przypadkowa faza te sam kieruek zgoda faza (spójość)

9 9/23-W27 What is a

10 F o t o w y e m it o w a 10/23-W27 Light Amplificatio by Stimulated Emissio of Radiatio wzmocieie światła wskutek zjawiska emisji wymuszoej LASER laser geerator i wzmaciacz promieiowaia ośrodek aktywy atomy, cząsteczki pompowaie iwersja obsadzeń wzmocieie węka rezoasowa foto wysyłay w procesie emisji wymuszoej ma taką samą fazę i kieruek ruchu jak foto padający światło lasera jest: bardzo spóje zbieże (dobrze ukierukowae) quai-moochromatycze często spolaryzowae ( a ) ( b ) ( c ) 3 w z b u d z o e a t P ie r w s z y f o t o P ie r w s z y f o t o F o t o w y e m it o w a przez pie rw szy atom

11 11/23-W27 Laser helowo-eoowy apięcie V powoduje przepływ elektroów przez mieszakę gazów: helu z eoem atomy helu w wyiku zderzeń z elektroami wzbudzają się do stau metatrwałego E 3 zderzeia He-Ne wzbudzają atomy eou do stau E 2 o eergii podobej co eergii E 3 uzyskujemy iwersje obsadzeń pomiędzy staami E 2 i E 1 gdyż: początkowo mało atomów Ne w staie E 1 metatrwałość poziomu E 3 He zapewia stały dopływ atomów Ne w staie E 2 atomy Ne o staie eergii E 1 szybko przechodzą do stau podstawowego E 0 emisja spotaicza daje początek emisji wymuszoej wzmocioej w rezoatorze przejście bezpromieiste w wyiku zderzeń ze ściakami poziomy eergetycze He-Ne

12 12/23-W27 Laser rubiowy absorbując światło lampy błyskowej atomy chromu przechodzą do stau wzbudzoego 3 skąd większość przejdzie do stau metastabilego 2 tworząc iwersję obsadzeń. Spotaicze przejście A 21 wywołuje emisję wymuszoą B 21 praca impulsowa 3 poziom wzbudzoy =10-8 s B 13 A 31 A 21 B 21 pompowaie poziom metastabily 2 1 poziom podstawowy schemat poziomów jou chromu laser rubiowy z domieszką Cr

13 13/23-W27 Optical Resoat Cavity Pumpig Source Mirror Total reflectio Atoms Mirror Partial reflectio

14 14/23-W27 Pump Cycle Pumpig Source Excited Atoms

15 15/23-W27 Emissio ad Lasig Pumpig Source

16 16/23-W27 Rozwój laserów od uruchomieia w 1960 roku pierwszego lasera techologia tych urządzeń bardzo się rozwięła lasery impulsowe i o pracy ciągłej ośrodki czye: gazy, ciecze i ciała stałe zakres długości fal od podczerwiei do adfioletu zastosowaia laserów ze względu a cechy emitowaego światła: kolimacja operowaie a dużych odległościach: dalmierze, celowiki kolimacja duże gęstości mocy: medycya, obróbka materiałów moochromatyczość modulowaie wiązki: telekomuikacja, łączość, spójość iterferecyjy zapis obrazów: holografia, zapis iformacji

17 17/23-W27 Promieiowaie retgeowskie wysoko eergetycze promieiowaie EM widmo ciągłe promieiowaie hamowaia elektroów widmo charakterystycze wzbudzeie elektroów z wewętrzych powłok atomowych U = 10 4 ev

18 18/23-W27 Promieiowaie hamowaia Elektro o początkowej eergii kietyczej E k w wyiku oddziaływaia z ciężkim jądrem tarczy jest hamoway i eergia jaką traci pojawia się w formie kwatów h h c ' E k E k w wyiku zderzeń elektroy tracą róże ilości eergii otrzymujemy więc szereg fotoów o różych długościach fali (widmo ciągłe) h max h c mi eu miimala długość fali zależy jedyie od apięcia U, a ie p. od tarczy

19 19/23-W27 Promieiowaie charakterystycze w spektroskopii retgeowskiej umery powłok o =1, 2, 3 ozacza się K, L, M Widmo liiowe powstaje w wyiku przejść elektroów a wole miejsca po wybitym elektroie M a z = 4 a 3 L a z = 3 a 2 K a z = 2 a 1 = 1 = 2 a z +1 a b z +2 a g z +3 a = 3

20 20/23-W27 Widmo promiei X widmo liiowe zależy od atomów pierwiastka aody Liie charakterystycze: K a przejście z L a K c Z b Rc m Z liczba atomowa b stała ekraowaia prawo Moseleya ~ Z b własością określającą położeie pierwiastka w układzie okresowym ie jest jego masa atomowa, lecz liczba atomowa Z liczba protoów w jądrze Widmo promieiowaia retgeowskiego przy miejszych apięciach liie charakterystycze ie pojawiają się

21 21/23-W27 Absorpcja promiei X Zastosowaie w diagostyce medyczej I atężeie promieiowaia ax Ix I o e di aidx a - liiowy współczyik pochłaiaia zależy od rodzaju absorbeta

22 22/23-W27 Retgeografia Zastosowaie promiei X do określaia struktury krystaliczej ze względu a porówywale długości tych fal z odległościami atomów w ciałach stałych Promieie padające Promieie odbite Waruek Wulfa-Bragga a wzmocieie iterferecyje 2d si d zczyzy ciowe

23 Achorage, USA, May 2002