激光三种辐射跃迁的特点

第一节 激光原理基础

一、原子的能级、辐射跃迁和无辐射跃迁

物质是由原子、离子或分子等微观粒子组成的。

原子由一个带正电荷的原子核和若干个带负电荷的电子组成，原子核所带的正电荷与各个电子所带的负电荷之和在数值上是相等的，因此整个原子是电中性的。而不同元素的原子，它们所具的电子数目则是不同的。例如氢（H）原子有一个电子，氦（He）原子有两个电子，氖（Ne）原子有10个电子，氩（Ar）原子有18个电子等等。

原子内部少了电子则变成负离子。因此离子总是带电荷的。

1．原子的能级。一般地说，原子内部各个电子既绕着原子核做轨道运动，同时又做自旋运动，就像地球既绕着太阳公转，同时又自转那样。但是，原子内部的电子可以通过与外界交换能量而从一种运动状态改变为另一种运动状态。对于每一种运动状态来说，原子具有确定的内部能量值。同一种元素的原子，能级的情况是相同的。

图17－1中以原子的两个能级E2和E1为例，图中的纵坐标表示原子内部能量值的大小。习惯将能量值大的能级称为高能级，能量值小的能级称为低能级。原子的最低能级，称为基态，如图17－1中的能级E1。在通常情况下，绝大部分的原子均处于基态。能量比基态高的其它能级，均称为激发态，如图17－1中的能级E2。

图17－1

2．辐射跃迁。如果原子的两个能级满足一定的条件，这些条件称为辐射跃迁选择定则，则有可能出现下述情况：

一个处于高能级E2的原子，发射一个能量为

ε=hv=E2-E1 （17－1）

的光子，结果这个原子回到低能级E1。

反之，一个处于低能级E1原子，从外界吸收一个能量为：

ε=hv=E2-E1 （17－2）

的光子，结果这个原子激发到高能极E2。

原子发射或吸收光子而从一个能级改变以另一个能级，则称为辐射跃迁。只有在原子的两个能级满足辐射跃迁选择定则的情况下，才能够在这两个能级间产生辐射跃迁。换句话说，原子发射或吸收光子，只能出现在某些特定能