Sự phát quang và hấp thụ ánh sáng của vật chất

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

123
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự phát quang và hấp thụ ánh sáng của vật chất trình bày sự hấp thụ photon bởi phân tử, sự đảo ngược mật độ cư trú và sự phát xạ cảm ứng. Tham khảo nội dung bài giảng để nắm bắt nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sự phát quang và hấp thụ ánh sáng của vật chất

SỰ PHÁT QUANG VÀ HẤP THỤ ÁNH SÁNG CỦA VẬT CHẤT Sự hấp thụ photon bởi phân tử PHỔ HẤP THỤ và PHỔ PHÁT XẠ Xem them về các mức năng lượng của phân tử, nguyên tử trong giáo trình thực tập HUỲNH QUANG LÂN QUANG LASER Ánh sáng thường  Ánh sáng của các nguồn sáng thường:  Không đơn sắc: có nhiều bước sóng do tương ứng với vô số các bước chuyển mức năng lượng có thể của phân tử cấu thành môi trường phát xạ (xem hình minh họa sự phát xạ ở trên)
 Các tia sáng không đồng pha: mỗi photon truyền đi có tính chất sóng điện từ nghĩa là ngoài bước sóng còn được đặc trưng bởi phase . Hình dung theo thuyết các mức năng lượng như sau, các phân tử khác nhau từ mức năng lượng kích thích nhảy xuống mức thấp hơn vào những thời điểm khác nhau.  Phương truyền không đồng nhất: các photon phát ra theo phương ngẫu nhiên bất kì  Từ những tính chất đó, sự tập trung năng lượng của chùm sáng không có Ánh sáng kì diệu  Chùm sáng thần kì (kì vọng thu được) ngược lại sẽ có những tính chất  Độ đơn sắc cao, gần như đơn sắc  Đồng pha  Đẳng hướng  Mục đích thu được chùm sáng như thế để tập trung năng lượng vào những điềm nhỏ à tạo ra những hiệu quả 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 bằng sự phát xạ được kích thích (hay là sự phát xạ cảm ứng)  Để thu được LASER Tập trung (giam) các điện tử bị kích thích của các nguyên tử trên một mức năng lượng. Mức năng lượng này phải là mức siêu bền để có thời gian tập trung nhiều điện tử. Sau đó kích thích cho tất cả các điện tử được tập trung trên mức siêu bền nói trên đồng loạt nhảy xuống một mức khác thấp hơn  Kết quả của quá trình trên là đồng thời thu được: 1) các photon cùng một bước sóng do phát xạ có được từ một bước chuyển giữa 2 mức năng lượng xác định. 2) các photon đồng pha do bước chuyển của các điện tử xảy ra đồng thời
Điều kiện để thu được LASER ta cần một số điều kiện bắt buộc 1 – Môi trường tạo LASER (trong hình vẽ là “active medium” : không phải môi trường vật chất nào cũng có các mức năng lượng siêu bền. Qua quá trình tìm kiếm và dự đoán dựa trên cơ sở khoa học mới tìm ra được các môi trường tạo LASER. Hồng ngọc (ruby) là vật chất đầu tiên có khả năng phát LASER 2 – Bơm năng lượng (trong hình vẽ “energy pump”) hoạt động không ngừng, thường là dùng năng lượng điện 3 – Bộ quang cộng hưởng gồm các tấm gương phản xạ (toàn phần và một phần) để thu được chùm LASER đẳng hướng đồng thời khuếch đại.
SỰ ĐẢO NGƯỢC MẬT ĐỘ CƯ TRÚ và SỰ PHÁT XẠ CẢM ỨNG  Việc tập trung nhiều điện tử trên mức năng lượng siêu bền (thí dụ mức E1 trên hình trên) để chờ là không tự nhiên. Ở đây ta hiểu là: trong một khối vật chất nhỏ (vi phân dV) nhiều điện tử của nhiều nguyên tử cùng lúc ở mức năng lượng cao E1, trong khi chỉ có ít điện tử của số ít nguyên tử khác nằm ở mức năng lượng E0 thấp hơn là không tự nhiên. Tự nhiên là khi số điện tử ở mức thấp nhiều hơn số điện tử ở mức cao theo nguyên lý điện tử luôn có xu hướng chuyển về mức thấp nhất có thể. Công thức thống kê như sau  N(E cao) / N (E thấp) = exp ( E/kT)  Việc tạo ra tình trạng N (E cao) >> N (E thấp) được gọi là sự đảo ngược mật độ cư trú, được thực hiện trong kĩ thuật LASER bằng bơm năng lượng. Hình ảnh bơm năng lượng phản ánh sự bơm đẩy các điện tử của các nguyên tử ở mức năng lượng cơ bản (số lượng vượt trội trong thể tích dV) lên mức năng lượng cao siêu bền  Sau đấy chiếu photon kích thích có năng lượng đúng bằng chênh lệch bước chuyển ta cần vào môi trường đã được tạo ra sự đảo ngược mật độ cư trú à kích hoạt sự nhảy đồng loạt các điện tử ở các nguyên tử khác nhau đang ở mức năng lượng cao siêu bền xuống mức năng lượng thấp hơn (không nhất thiết là mức cơ bản).  Khi nhảy đồng loạt xuống nhờ photon kích thích như thế, các photon phát ra à đó là sự phát xạ được kích thích hay còn gọi phổ biến hơn là sự phát xạ cảm ứng. Sau khi phát xạ cảm ứng phát ra thì chính các photon của nó đóng vai trò kích thích tiếp các photon khác nhảy xuống.  Về cơ bản bằng cách như trên ánh sáng LASER được tạo ra. Một chi tiết quan trọng phải có là hộp cộng hưởng gồm có các tấm gương phản xạ có mục đích tạo chùm tia đồng hướng và khuếch đại chùm tia Tại sao chùm LASER có tính chất đốt nóng cao?  Do là một chùm sáng đơn sắc và đồng pha, theo hiện tượng chồng chập các sóng nói chung, gồm cả sóng điện từ à phát xạ cảm ứng có tính kết hợp (chỉ bổ sung cho nhau chứ không triệt tiêu nhau) à sự tập trung năng lượng cao  Ngoài ra do chùm tia LASER có định đẳng hướng tạo thành một chùm tia rất mảnhàsự tập trung năng lượng vào một diện tích rất nhỏà mật độ năng lượng caoà khả năng đốt nóng