原子分子光譜第一次第一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二教材：ATOMICANDMOLECULARSPECTROSCOPYS.Svanberg參考書：1.THETHEORYOFATOMICSTRUCTUREANDSPECTRARobertD.Cowan2.《分子光譜與分子結構》G.赫茲堡3.《原子與分子光譜導論》王國文4.《分子光譜與激光》鐘立晨第二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二著者簡介：SuneSvanberg教授是瑞典隆德大學（LundUniversity）激光中心主任、瑞典皇家科學院和工程院兩院院士、美國物理學會和光學學會會員及中國科學院愛因斯坦講習教授。1998年起擔任諾貝爾物理學獎評委會成員（2004-2006年任評委會主席）。SuneSvanberg教授多年從事原子物理學、激光學等方面的研究，他在這些領域的基礎性研究以及這些領域與能源、環境、醫療等相結合的應用性研究方面造詣頗深，并對這些領域的發展做出了杰出貢獻。第三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二原子分子光譜主要內容原子結構分子結構輻射散射光學光譜激光器激光光譜激光光譜應用第四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二教學目標初步了解原子、分子結構初步了解掌握光譜技術初步了解激光光譜學及其應用第五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二§1緒論

電磁輻射包括從射線到無線電波的所有電磁波譜范圍，而不只局限于光學光譜區。電磁輻射與物質相互作用的方式有發射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。

光譜分析法是根據物質發射的電磁輻射或電磁輻射與物質相互作用而建立起來的一類分析方法。第六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二射線x射線紫外光紅外光微波無線電波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可見光第七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二第八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二Dalton原子學說(1803年)Thomson“西瓜式”模型(1904年)Rutherford核式模型(1911年)Bohr電子分層排布模型(1913年)量子力學模型(1926年)第九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二第十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二第十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二第十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二光譜法是基于物質與輻射能作用時，測量由物質內部發生量子化的能級之間的躍遷而產生的發射、吸收或散射輻射的波長、強度進行物質成分、結構等分析的方法。第十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二光譜儀

1859年，德國海德堡大學的基爾霍夫和本生發明了光譜儀，奠定了光譜學的基礎,使光譜分析成為認識物質和鑒定元素的重要手段第十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二光譜法的儀器

盡管各種光譜法所依據的原理不同．但它們均包含3個主要過程：光源提供能量；能量與待測物質發生相互作用；檢測相互作用時產生的信號。因此，各類光譜法所用儀器的基本部件大致相同，但部件的結構、布局及光路稍有不同。a發射光譜儀b吸收光譜儀c熒光和散射光譜儀

第十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二本人相關工作：高次諧波發射及阿秒脈沖制備的理論研究A&MLaserHHG高次諧波的產生第十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二諧波發射功率譜的特征示意圖HarmonicorderPowerPlateauCutoff第十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二gasjetfilterXUVpulsedetectorHHG第十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二高次諧波發射的‘三步’模型高次諧波發射的單原子響應過程的經典軌道理論解釋第十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二未受控的高次諧波發射長脈沖電場及原子在其作用下的諧波譜。長脈沖作用下諧波發射的時－頻分析。第二十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二濾取諧波譜中60-70次諧波生成的短脈沖串。第二十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二實現可控的高次諧波發射及在此基礎上的超短孤立阿秒脈沖的生成和脈沖寬度、強度的優化。第二十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二諧波發射的數值模擬

在電偶極近似和長度規范下，靶原子在組合激光脈沖作用下的含時Schr?dinger方程為：數值求解該含時Schr?dinger方程，即可得到任意時刻的波函數。偶極加速度的期望值為：第二十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二§2原子結構§2.1單電子體系（氫、類氫離子）能級決定于主量子數n，n越大能級越高、相鄰能級間隔越小。軌道角量子數l決定態函數（電子云形狀）。第二十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二氫原子薛定諤方程的解析求解定態薛定諤方程為：在球坐標系下：可以用分離變數法化成常微分方程求解，即設：第二十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二氫原子薛定諤方程的解析求解方程（1）的解為方程（2）的解為方程（3）的解為其中：Nnl為歸一化常數，為締合勒蓋爾多項式。第二十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二氫原子的波函數：氫原子薛定諤方程的解析求解束縛態能量：第二十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二126534氫原子能級圖-13.6eV-3.39eV-1.51eV-0.85eVEnl主量子數

n賴曼系巴爾末系帕邢系布喇開系類氫離子的能級n1和n2之間的能量差為：n1

n2躍遷時，原子所發射或吸收的電磁輻射的頻率為：第二十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二第二十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二裝有低壓高純H2的放電管所發出的光,通過棱鏡分光后，在可見光區波長范圍內，可以觀察到不連續的四條譜線第三十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二§2.2堿金屬原子

內層電子與原子核結合的較緊密，而價電子與核結合的很松，可以把內層電子和原子核看作一個整體稱為原子實。價電子繞原子實運動，原子的化學性質及光譜都決定于這個價電子。-e價電子靠近原子實，使原子實極化-e軌道貫穿原子實-e價電子離原子實較遠，價電子受到原子實的中心對稱的電場作用，有效核電荷數為1第三十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二由于原子實被貫穿、極化，內層電子對原子核的屏蔽作用降低，致使價電子感受到的束縛電場增強（有效核電荷數增大），束縛能增大，導致量子數虧損，n→neff=n-d。一般l越小貫穿效果越強，量子虧損d越大，而高l電子量子虧損接近0。如鋰和鈉不同l電子的量子虧損約為：

鋰：ds=0.4dp=0.05dd

=0.001

df=0.000鈉：ds=1.35dp=0.86dd

=0.001df=0.000第三十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二第三十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二（3）n很大時，能級與氫的很接近，少數光譜線的波數幾乎與氫的相同；當n很小時，譜線與氫的差別較大。（1）能量由（n,

）兩個量子數決定，主量子數相同，角量子數不同的能級不相同。（2）n相同時能級的間隔隨角量子數的增大而減小，

相同時，能級的間隔隨主量子數n的增大而減小。特點：第三十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二§2.3磁效應§2.3.1進動伴隨著角動量L的磁矩μL在磁場B中受到力矩的作用，致使角動量L繞磁場B進動，進動角頻率ω=gμB

B。μB為Bohr磁子，g為比例常數。第三十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二§2.3.2旋軌相互作用電子自旋現象的實驗裝置第三十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二由于電子繞核運動，形成一個與電子角動量成比例的磁場B，電子在這個磁場中具有能量Eso-erZ*e-erZ*eB第三十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二電子軌道角動量和自旋角動量s的矢量和j守恒，和s在磁場作用下繞j進動。用相應的量子數來表示角動量矢量的大小：|j|=[j(j+1)]1/2,||=[(+1)]1/2,|s|=[s(s+1)]1/2

j=±s=0,1,2,…s=1/2由帶入到（2.13）式得由于相同的，對應j存在兩種結果+1/2和-1/2，因此能級的精細結構劈裂為兩個j能級，能級差由下式給出：第三十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期二一般高j能級高于低j能