- Phân tử màu
I.2.1.Tương tác ánh sáng đơn mode với nguyên tử
Chương I: photon và nguyên tử I.1 Nguyên tử, phân tửvàchất rắn
I.2.1.Tương tác ánh sáng đơn mode với nguyên tử
31/08/2011 45
Một nguyên tử có thể bức xạ hoặc hấp thụ photon để di chuyển từ mức năng lượng này tới mức năng lượng khác
I.2.1. Tương tác ánh sáng đơn mode với nguyên tử
- Tương tác giữa một nguyên tử và một trường điện từ: Xét 2 mức năng lượng E1, E2 của một nguyên tử trong 1 buồng cộng hưởng quang học có thể tích V có chứa một số mode điện từ. Xét tương tác giữa nguyên tử và photon có tần số bức xạ ν ≈ νo, ở đây hνo = E1 - E2.
- Nếu 1 nguyên tử ban đầu ở mức năng lượng cao hơn phân rã ngẫu nhiên tới mức năng lượng thấp hơn và giải phóng năng lượng hν vào trường
điện từ. Quá trình này gọi là phát xạ tự
phát, không phụ thuộc vào số lượng photon có trong trường.
I.2.1. Tương tác ánh sáng đơn mode với nguyên tử
Mật độ xác xuất hay tốc độ phát xạ tự phát của nguyên tử:
(1.27) phát xạ tự phát vào 1 mode bắt buộc
σ(ν) là tiết diện chuyển dời có đơn vị là cm2như vậy psp có đơn vị là s-1.
θ là góc giữa mômen lưỡng cực của nguyên tử và hướng của trường điện từ
31/08/2011 47
khả năng phát xạ của điện tử trong khoảng thời gian từ t dến t + Δt là psp Δt. Như vậy psp có thể lớn hơn 1 s-1 nhưng psp Δt luôn luôn nhỏ hơn hoặc bằng 1.
I.2.1. Tương tác ánh sáng đơn mode với nguyên tử
Do đó nếu có N nguyên tử thì sẽ có ΔN = (psp Δt)N nguyên tử chuyển dời trong khoảng thời gian Δt.
(1.30)(1.29) (1.29)
I.2.1. Tương tác ánh sáng đơn mode với nguyên tử
- Nếu 1 nguyên tử ban đầu ở mức năng lượng thấp hơn và một bức xạ điện từ chứa 1 photon, photon bị tiêu hủy và làm cho nguyên tử chuyển lên mức năng lượng cao hơn. Quá trình này gọi là hấp thụ, chỉ xảy ra khi trường điện từ có chứa 1 photon.
Tuy nhiên nếu có n photon trong mode thì xác xuất nguyên tử hấp thụ 1 photon lớn hơn n lần .
(1.31)
31/08/2011 49
I.2.1. Tương tác ánh sáng đơn mode với nguyên tử
- Nếu 1 nguyên tử ban đầu ở mức năng lượng cao hơn và một trường điện từ chứa 1 photon, nguyên tử bức xạ 1 photon khác vào cùng trường điện từ đó và chuyển xuống mức năng lượng thấp hơn. Quá trình này gọi là
phát xạ kích thích. Photon trong trường điện từ kích thích photon được bức xạ có tần số, hướng chuyển động... với tính chất giống nhau.
Nếu có n photon trong mode thì xác xuất nguyên tử bị kích thích bức xạ 1 photon là:
(1.33)
(1.34)