Sự phát quang và hấp thụ ánh sáng của vật chất

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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sự phát quang và hấp thụ ánh sáng của vật chất SỰPHÁTQUANGVÀHẤPTHỤÁNHSÁNGCỦAVẬTCHẤT Sựhấpthụphotonbởiphântử PHỔHẤPTHỤvàPHỔPHÁTXẠ Xemthemvề cácmứcnănglượngcủaphântử,nguyêntử tronggiáotrình thựctậpHUỲNHQUANGLÂNQUANG LASER Ánh sáng thường  Ánhsángcủacácnguồnsángthường:  Khôngđơnsắc:cónhiềubướcsóng do tương ứng với vô số các bước chuyển mức năng lượng có thể của phântử cấuthànhmôitrườngphátxạ (xemhìnhminhhọasựphátxạởtrên)  Cáctiasángkhôngđồngpha:mỗiphotontruyềnđicótínhchấtsóngđiệntừ nghĩalàngoàibướcsóngcònđượcđặctrưngbởiphase .Hìnhdungtheo thuyếtcácmứcnănglượngnhưsau,cácphântửkhácnhautừmứcnănglượng kíchthíchnhảyxuốngmứcthấphơnvàonhữngthờiđiểmkhácnhau.  Phương truyền không đồng nhất: các photon phát ra theo phương ngẫu nhiênbấtkì  Từnhữngtínhchấtđó,sựtậptrungnănglượngcủachùmsángkhôngcóÁnh sáng kì diệu  Chùmsángthầnkì(kìvọngthuđược)ngượclạisẽcónhữngtínhchất  Độđơnsắccao,gầnnhưđơnsắc  Đồngpha  Đẳnghướng  Mụcđíchthuđượcchùmsángnhư thế để tậptrungnănglượngvàonhững điềmnhỏàtạoranhữnghiệuquảđặcbiệt(pháhủy)Đồngpha,đẳnghướngvsLoạnpha,loạnhướngNguyên lý phát LASERLightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiationkhuếchđạiánhsángbằngsựphátxạđượckíchthích(haylàsựphátxạcảmứng)  ĐểthuđượcLASER Tậptrung(giam)cácđiệntử bị kíchthíchcủacácnguyêntử trênmộtmứcnăng lượng.Mứcnănglượngnàyphảilàmứcsiêubềnđểcóthờigiantậptrungnhiều điệntử. Sauđókíchthíchchotấtcảcácđiệntửđượctậptrungtrênmứcsiêubềnnóitrên đồngloạtnhảyxuốngmộtmứckhácthấphơn  Kếtquảcủaquátrìnhtrênlàđồngthờithuđược:1)cácphotoncùngmộtbước sóngdophátxạcóđượctừmộtbướcchuyểngiữa2mứcnănglượngxácđịnh. 2)cácphotonđồngphadobướcchuyểncủacácđiệntửxảyrađồngthờiĐiềukiệnđểthuđượcLASERtacầnmộtsốđiềukiệnbắtbuộc1–Môi trường tạoLASER(tronghìnhvẽ là“activemedium”:khôngphảimôi trườngvậtchấtnàocũngcócácmứcnănglượngsiêubền.QuaquátrìnhtìmkiếmvàdựđoándựatrêncơsởkhoahọcmớitìmrađượccácmôitrườngtạoLASER.Hồngngọc(ruby)làvậtchấtđầutiêncókhảnăngphátLASER2–Bơmnănglượng(tronghìnhvẽ“energypump”)hoạtđộngkhôngngừng,thường làdùngnănglượngđiện3–Bộquangcộnghưởnggồmcáctấmgươngphảnxạ(toànphầnvàmộtphần)đểthuđượcchùmLASERđẳnghướngđồngthờikhuếchđại.SỰĐẢONGƯỢCMẬTĐỘCƯTRÚvàSỰPHÁTXẠCẢMỨNG  Việctậptrungnhiềuđiệntửtrênmứcnănglượngsiêubền(thídụmứcE1trên hìnhtrên)đểchờlàkhôngtựnhiên.Ở đâytahiểulà:trongmộtkhốivậtchất nhỏ (viphândV)nhiềuđiệntử củanhiềunguyêntử cùnglúc ở mứcnăng lượngcaoE1,trongkhichỉcóítđiệntử củasố ítnguyêntử khácnằmởmức nănglượngE0thấphơnlàkhôngtự nhiên.Tự nhiênlàkhisố điệntử ở mức thấpnhiềuhơnsốđiệntửởmứccaotheonguyênlýđiệntửluôncóxuhướng chuyểnvềmứcthấpnhấtcóthể.Côngthứcthốngkênhưsau  N(Ecao)/N(Ethấp)=exp( E/kT)  ViệctạoratìnhtrạngN(Ecao)>>N(Ethấp)đượcgọilàsựđảongượcmật độ cư trú,đượcthựchiệntrongkĩthuậtLASERbằngbơmnănglượng.Hình ảnhbơmnănglượngphảnánhsự bơmđẩycácđiệntử củacácnguyêntử ở mứcnănglượngcơ bản(số lượngvượttrộitrongthểtíchdV)lênmứcnăng lượngcaosiêubền  Sauđấychiếuphotonkíchthíchcónănglượngđúngbằngchênhlệchbước chuyểntacầnvàomôitrườngđãđượctạorasựđảongượcmậtđộcưtrú à kíchhoạtsự nhảyđồngloạtcácđiệntử ở cácnguyêntử khácnhauđang ở mứcnănglượngcaosiêubềnxuốngmứcnănglượngthấphơn(khôngnhất thiếtlàmứccơbản).  Khinhảyđồngloạtxuốngnhờphotonkíchthíchnhưthế,cácphotonphátraà đólàsựphátxạđượckíchthíchhaycòngọiphổbiếnhơnlà sựphátxạcảm ứng.Saukhiphátxạcảm ứngphátrathìchínhcácphotoncủanóđóngvaitrò kíchthíchtiếpcácphotonkhácnhảyxuống.  VềcơbảnbằngcáchnhưtrênánhsángLASERđượctạora.Mộtchitiếtquan trọngphảicólàhộ ...