SỰ PHÁT QUANG VÀ HẤP THỤ ÁNH SÁNG CỦA VẬT CHẤT Mô hình nguyên tử theo thuyết học lượng tử • Các điện tử nguyên tử nhận số lượng tử : • n – số lượng tử chính, n = 1, 2, 3, …, ∞ • l – số lượng tử quĩ đạo, l = (n-1) • ml – số lượng tử từ, ml = -l l • ms – số lượng tử spin, ms = -1/2 , +1/2 • Không có hai điện tử có giống số lượng tử (nguyên tắc loại trừ) Các mức lượng điện tử • Tương ứng với số lượng tử n, điện tử mức lượng (thế năng) En xác định, n lớn, lớn điện tử mức lượng rời rạc Ei Tham khảo: • Tương ứng với số lượng tử lại điện tử mức lượng lệch vô nhỏ, không đáng kể so với mức lượng • số ml gây lệch mức lượng nguyên tử đặt từ trường, thí dụ với n=3, điện tử phân mức lượng lân cận mức lượng ứng với ml = -1, -2, 0, 1, Sự chuyển mức lượng điện tử • Điện tử nhận số lượng tử khác miễn không vi phạm nguyên tắc loại trừ xác suất lớn mức lượng thấp En(min) (tức có n nhỏ có thể) điện tử có xu hướng chuyển mức lượng thấp • Điện tử tự động chuyển lên mức lượng cao xác suất bước chuyển nhỏ • Khi điện tử hấp thụ lượng, nhảy lên mức lượng cao hơn, chuyển xuống mức thấp hơn, lượng giải phóng Sự hấp thụ photon phát photon Hydro • Nguyên tử H nhận mức lượng điện tử • Nguyên tử H hấp thụ phát photon có lượng chênh lệch mức lượng rời rạc mà điện tử H nhận • Do phổ phát xạ hydro gồm bước sóng (các vạch sáng) rời rạc Các mức lượng phân tử • Các mức lượng phân tử đơn nguyên tử mức lượng tập hơp điện tử nguyên tử định • Nhưng phân tử cấu thành từ nguyên tử trở lên tương tác nguyên tử qua liên kết, mức lượng điện tử định, phân tử nhận mức lượng khác nữaà tách mức lượng từ mức lượng điện tử • Người ta phân biệt tách mức lượng phân tử qua hai chế: Tách mức quay nguyên tử qua liên kết ta có số lượng tử quay (rotational quantum number) tương ứng phân mức với chênh lệch lượng nhỏ Tách mức dao động nguyên tử qua liên kết ta có số lượng tử dao động (vibrational quantum number) tương ứng phân mức với chênh lệch lượng lớn (xem hình dưới) Sự hấp thụ photon phân tử PHỔ HẤP THỤ PHỔ PHÁT XẠ HUỲNH QUANG LÂN QUANG LASER Ánh sáng thường Ánh sáng nguồn sáng thường: Không đơn sắc, có nhiều bước sóng Các tia sáng không đồng pha (mỗi photon truyền có tính chất sóng điện từ nghĩa bước sóng đặc trưng phase φ ) Phương truyền không đồng Từ tính chất đó, tập trung lượng chùm sáng Ánh sáng kì diệu Chùm sáng thần kì (kì vọng thu được) ngược lại có tính chất Độ đơn sắc cao, gần đơn sắc Đồng pha Đẳng hướng Mục đích thu chùm sáng để tập trung lượng vào điềm nhỏ tạo hiệu đặc biệt (phá hủy) Đồng pha, đẳng hướng vs Loạn pha, loạn hướng Nguyên lý phát LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - khuếch đại ánh sáng phát xạ kích thích (hay phát xạ cảm ứng) Để thu chùm sáng đơn sắc tập trung (giam) điện tử bị kích thích nguyên tử mức lượng Mức lượng phải mức siêu bền để có thời gian tập trung nhiều điện tử kích thích cho tất điện tử bị kích thích tập trung mức siêu bền nói đồng loạt nhảy xuống mức khác Kết trình đồng thời thu không photon bước sóng mà đồng pha SỰ ĐẢO NGƯỢC MẬT ĐỘ CƯ TRÚ SỰ PHÁT XẠ CẢM ỨNG Việc tập trung nhiều điện tử mức lượng siêu bền (thí dụ mức E1 hình trên) để chờ không tự nhiên Ở ta hiểu là: khối vật chất nhỏ (vi phân dV) nhiều điện tử nhiều nguyên tử lúc mức lượng cao E1, có điện tử số nguyên tử khác nằm mức lượng E0 thấp không tự nhiên Tự nhiên số điện tử mức thấp nhiều số điện tử mức cao theo nguyên lý thống kê sau N(E cao) / N (E thấp) = exp (-∆E/kT) Việc tạo tình trạng N (E cao) nhiều nhiều N (E thấp) gọi đảo ngược mật độ cư trú, thực kĩ thuật LÁSER bơm lượng Hình ảnh bơm lượng phản ánh bơm đẩy điện tử nguyên tử (số lượng vượt trội thể tích dV) lên mức lượng cao siêu bền Sau chiếu photon bước sóng thích hợp vào môi trường tạo đảo ngược mật độ cư trú kích hoạt nhảy đồng loạt điện tử nguyên tử khác mức lượng cao siêu bền xuống mức lượng thấp (không thiết mức bản) có độ chênh lệch lượng photon kích thích Khi nhảy đồng loạt xuống nhờ photon kích thích thế, photon phát phát xạ kích thích hay gọi phổ biến phát xạ cảm ứng Bằng cách ánh sáng LASER tạo Tại chùm LASER có tính chất đốt nóng cao? Do chùm sáng đơn sắc đồng pha, theo tượng chồng chập sóng nói chung, gồm sóng điện từ, mà phát xạ cảm ứng có tính kết hợp (chỉ bổ sung cho không triệt tiêu nhau) tập trung lượng cao Ngoài chùm tia LASER định hướng thành chùm tia mảnhàsự tập trung lượng vào diện tích nhỏà mật độ lượng caoà khả đốt nóng