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1、光谱学第五章第1页，本讲稿共41页5.1多价多价电电子原子的矢量模型子原子的矢量模型 有有有有三个或三个以上价电子三个或三个以上价电子三个或三个以上价电子三个或三个以上价电子的原子称为多价电子原子，或称的原子称为多价电子原子，或称的原子称为多价电子原子，或称的原子称为多价电子原子，或称为复杂原子。在具有多个价电子的原子体系，存在各种为复杂原子。在具有多个价电子的原子体系，存在各种为复杂原子。在具有多个价电子的原子体系，存在各种为复杂原子。在具有多个价电子的原子体系，存在各种相互作用：相互作用：相互作用：相互作用：n n各电子与原子核之间的静电相互作用；各电子与原子核之间的静电相互作用；各电子与
2、原子核之间的静电相互作用；各电子与原子核之间的静电相互作用；n n各电子之间的静电相互作用；各电子之间的静电相互作用；各电子之间的静电相互作用；各电子之间的静电相互作用；n n电子自旋与轨道之间的磁相互作用；电子自旋与轨道之间的磁相互作用；电子自旋与轨道之间的磁相互作用；电子自旋与轨道之间的磁相互作用；n n各电子自旋磁矩间的相互作用；各电子自旋磁矩间的相互作用；各电子自旋磁矩间的相互作用；各电子自旋磁矩间的相互作用；n n电子的轨道和自旋磁矩与核磁矩之间的相互作用；电子的轨道和自旋磁矩与核磁矩之间的相互作用；电子的轨道和自旋磁矩与核磁矩之间的相互作用；电子的轨道和自旋磁矩与核磁矩之间的相互作
3、用；n n原子核的原子核的原子核的原子核的有限大小有限大小有限大小有限大小以及以及以及以及非球对称非球对称非球对称非球对称的核电荷分布对电的核电荷分布对电的核电荷分布对电的核电荷分布对电子与原子核静电相互作用的影响。子与原子核静电相互作用的影响。子与原子核静电相互作用的影响。子与原子核静电相互作用的影响。第2页，本讲稿共41页n n可以设想原子原有的价电子只保留一个，其余都已经可以设想原子原有的价电子只保留一个，其余都已经可以设想原子原有的价电子只保留一个，其余都已经可以设想原子原有的价电子只保留一个，其余都已经被剥离，然后被剥离，然后被剥离，然后被剥离，然后依次加入依次加入依次加入依次加入；
4、n n每加入一个价电子，就做两个价电子的矢量耦合，每加入一个价电子，就做两个价电子的矢量耦合，每加入一个价电子，就做两个价电子的矢量耦合，每加入一个价电子，就做两个价电子的矢量耦合，所得到的光谱项称为所得到的光谱项称为所得到的光谱项称为所得到的光谱项称为母项母项母项母项；n n再加入一个价电子时，就将再加入一个价电子时，就将再加入一个价电子时，就将再加入一个价电子时，就将母项与新加入的价电子母项与新加入的价电子母项与新加入的价电子母项与新加入的价电子进行矢量耦合进行矢量耦合进行矢量耦合进行矢量耦合，这样进行下去，直到加入最后一个，这样进行下去，直到加入最后一个，这样进行下去，直到加入最后一个，
5、这样进行下去，直到加入最后一个价电子时所进行的耦合结果，就获得最终的原子价电子时所进行的耦合结果，就获得最终的原子价电子时所进行的耦合结果，就获得最终的原子价电子时所进行的耦合结果，就获得最终的原子态。态。态。态。这一章我们仍然采用直观的原子矢量模型讨论多价电子这一章我们仍然采用直观的原子矢量模型讨论多价电子这一章我们仍然采用直观的原子矢量模型讨论多价电子这一章我们仍然采用直观的原子矢量模型讨论多价电子原子光谱。可以证明，在前面用原子光谱。可以证明，在前面用原子光谱。可以证明，在前面用原子光谱。可以证明，在前面用矢量模型矢量模型矢量模型矢量模型确定两个价电确定两个价电确定两个价电确定两个价电子
6、原子态的方法，对于含有两个以上价电子的原子依然子原子态的方法，对于含有两个以上价电子的原子依然子原子态的方法，对于含有两个以上价电子的原子依然子原子态的方法，对于含有两个以上价电子的原子依然有效。为确定多价电子原子的原子态有效。为确定多价电子原子的原子态有效。为确定多价电子原子的原子态有效。为确定多价电子原子的原子态:第3页，本讲稿共41页n n每加入一个价电子，原子的光谱项符号和其多重项的变化每加入一个价电子，原子的光谱项符号和其多重项的变化每加入一个价电子，原子的光谱项符号和其多重项的变化每加入一个价电子，原子的光谱项符号和其多重项的变化存在一定的规律，这种存在一定的规律，这种存在一定的规
7、律，这种存在一定的规律，这种变化规律变化规律变化规律变化规律，称为，称为，称为，称为分支规则分支规则分支规则分支规则。n n下面用三个非等价的价电子（下面用三个非等价的价电子（下面用三个非等价的价电子（下面用三个非等价的价电子（s s，p p，p p）为例，用矢）为例，用矢）为例，用矢）为例，用矢量耦合方法求得它们的分支图。量耦合方法求得它们的分支图。量耦合方法求得它们的分支图。量耦合方法求得它们的分支图。第4页，本讲稿共41页5.1.1 LS耦合模型耦合模型耦合模型耦合模型 n n先进行两个电子的先进行两个电子的先进行两个电子的先进行两个电子的LSLS耦合，得到总轨道角动量耦合，得到总轨道角
8、动量耦合，得到总轨道角动量耦合，得到总轨道角动量L Lp p和总和总和总和总自旋角动量自旋角动量自旋角动量自旋角动量S Sp p；n n然后再将然后再将然后再将然后再将L Lp p和和和和S Sp p与第三个电子的与第三个电子的与第三个电子的与第三个电子的l l3 3和和和和s s3 3分别进行耦合，分别进行耦合，分别进行耦合，分别进行耦合，可以得到三个价电子的总轨道角动量可以得到三个价电子的总轨道角动量可以得到三个价电子的总轨道角动量可以得到三个价电子的总轨道角动量L L和总自旋角动量和总自旋角动量和总自旋角动量和总自旋角动量S S；n n最后，将最后，将最后，将最后，将L L与与与与S S
9、耦合得到总角动量耦合得到总角动量耦合得到总角动量耦合得到总角动量J J。第5页，本讲稿共41页第6页，本讲稿共41页n n三个价电子作三个价电子作三个价电子作三个价电子作LSLS耦合得到三组光谱项，其中两组是二重耦合得到三组光谱项，其中两组是二重耦合得到三组光谱项，其中两组是二重耦合得到三组光谱项，其中两组是二重项，一组是四重项，共有项，一组是四重项，共有项，一组是四重项，共有项，一组是四重项，共有1818个光谱项；个光谱项；个光谱项；个光谱项；n n当当当当L LS S时，多重项数为（时，多重项数为（时，多重项数为（时，多重项数为（2S+12S+1）；当）；当）；当）；当L LS S时，多重
10、项数时，多重项数时，多重项数时，多重项数为（为（为（为（2L+12L+1）第7页，本讲稿共41页n n第一组的光谱项与第二组的光谱项虽然符号完全相同，第一组的光谱项与第二组的光谱项虽然符号完全相同，第一组的光谱项与第二组的光谱项虽然符号完全相同，第一组的光谱项与第二组的光谱项虽然符号完全相同，但是它们来源于不同的母项，能量并不相同，是不同但是它们来源于不同的母项，能量并不相同，是不同但是它们来源于不同的母项，能量并不相同，是不同但是它们来源于不同的母项，能量并不相同，是不同的光谱项。的光谱项。的光谱项。的光谱项。n n因此，因此，因此，因此，sppspp电子组态的光谱项记作：电子组态的光谱项记
11、作：电子组态的光谱项记作：电子组态的光谱项记作：2 2S(2),S(2),2 2p(2),p(2),2 2D(2),D(2),4 4S,S,4 4P,P,4 4D D共共共共1818项。项。项。项。n n对于四个或更多个价电子，可以按照上述方法以此类对于四个或更多个价电子，可以按照上述方法以此类对于四个或更多个价电子，可以按照上述方法以此类对于四个或更多个价电子，可以按照上述方法以此类推。上述方法只适用于非等价电子。推。上述方法只适用于非等价电子。推。上述方法只适用于非等价电子。推。上述方法只适用于非等价电子。n n对于等价电子，由于存在泡利不相容原理的限制，需对于等价电子，由于存在泡利不相容
12、原理的限制，需对于等价电子，由于存在泡利不相容原理的限制，需对于等价电子，由于存在泡利不相容原理的限制，需要把那些违反泡利不相容原理的光谱项除掉，因此，要把那些违反泡利不相容原理的光谱项除掉，因此，要把那些违反泡利不相容原理的光谱项除掉，因此，要把那些违反泡利不相容原理的光谱项除掉，因此，得到的光谱项比非等价电子的光谱项要少。得到的光谱项比非等价电子的光谱项要少。得到的光谱项比非等价电子的光谱项要少。得到的光谱项比非等价电子的光谱项要少。第8页，本讲稿共41页非等价电子的光谱项非等价电子的光谱项非等价电子的光谱项非等价电子的光谱项 第9页，本讲稿共41页等价电子等价电子等价电子等价电子的光谱项
13、的光谱项的光谱项的光谱项 第10页，本讲稿共41页5.1.2 jj5.1.2 jj耦合模型耦合模型 n n首先求出两个价电子的总角动量首先求出两个价电子的总角动量首先求出两个价电子的总角动量首先求出两个价电子的总角动量J Jp p；n n然后再将然后再将然后再将然后再将J Jp p与第三个价电子的与第三个价电子的与第三个价电子的与第三个价电子的j j3 3耦合；耦合；耦合；耦合；n n最后得到三个价电子的各种可能的总角动量最后得到三个价电子的各种可能的总角动量最后得到三个价电子的各种可能的总角动量最后得到三个价电子的各种可能的总角动量J J。三个以。三个以。三个以。三个以上价电子的上价电子的上
14、价电子的上价电子的jj jj耦合可以以此类推。耦合可以以此类推。耦合可以以此类推。耦合可以以此类推。n n以三个非等价电子以三个非等价电子以三个非等价电子以三个非等价电子sppspp为例为例为例为例 ：对于第一个：对于第一个：对于第一个：对于第一个s s电子，有电子，有电子，有电子，有j j1 1=1/2=1/2；第二个；第二个；第二个；第二个p p电子，有电子，有电子，有电子，有j j2 2=1/2=1/2，3/23/2；第三个；第三个；第三个；第三个p p电子，电子，电子，电子，有有有有j j3 3=1/2=1/2，3/23/2多价电子的多价电子的多价电子的多价电子的jj jj耦合，可以根
15、据两个价电子的耦合，可以根据两个价电子的耦合，可以根据两个价电子的耦合，可以根据两个价电子的jj jj耦合推耦合推耦合推耦合推广而得到。广而得到。广而得到。广而得到。第11页，本讲稿共41页以上结果表明，对于一个给定的电子组态，不管它的耦合以上结果表明，对于一个给定的电子组态，不管它的耦合以上结果表明，对于一个给定的电子组态，不管它的耦合以上结果表明，对于一个给定的电子组态，不管它的耦合方式是哪一种模型，所形成的光谱项数目是相同的。但由方式是哪一种模型，所形成的光谱项数目是相同的。但由方式是哪一种模型，所形成的光谱项数目是相同的。但由方式是哪一种模型，所形成的光谱项数目是相同的。但由于耦合方式
16、不同它们的能级分布式不相同的。于耦合方式不同它们的能级分布式不相同的。于耦合方式不同它们的能级分布式不相同的。于耦合方式不同它们的能级分布式不相同的。第12页，本讲稿共41页5.1.3 5.1.3 选择定则选择定则 LSLS耦合的选择定则为：耦合的选择定则为：耦合的选择定则为：耦合的选择定则为：jj jj耦合的选择定则为：耦合的选择定则为：耦合的选择定则为：耦合的选择定则为：第13页，本讲稿共41页5.1.4 多重项的奇数与偶数交替规律及位移多重项的奇数与偶数交替规律及位移定律定律 n n由由由由LSLS耦合的矢量模型所确定的原子光谱项，它的多重耦合的矢量模型所确定的原子光谱项，它的多重耦合的
17、矢量模型所确定的原子光谱项，它的多重耦合的矢量模型所确定的原子光谱项，它的多重数由数由数由数由2S+12S+1来确定，也就是对于一个给定来确定，也就是对于一个给定来确定，也就是对于一个给定来确定，也就是对于一个给定n n和和和和L L的光谱项，的光谱项，的光谱项，的光谱项，当考虑了自旋当考虑了自旋当考虑了自旋当考虑了自旋-轨道相互作用后，能级要分裂为轨道相互作用后，能级要分裂为轨道相互作用后，能级要分裂为轨道相互作用后，能级要分裂为2S+12S+1个支个支个支个支能级（当能级（当能级（当能级（当L LS S），以量子数），以量子数），以量子数），以量子数J J标志。标志。标志。标志。n n从前
18、面的结果可以明显地看出，多重数存在这样一个规律：从前面的结果可以明显地看出，多重数存在这样一个规律：从前面的结果可以明显地看出，多重数存在这样一个规律：从前面的结果可以明显地看出，多重数存在这样一个规律：当电子数为奇数时，谱项为偶重数，反之，当电子数为偶当电子数为奇数时，谱项为偶重数，反之，当电子数为偶当电子数为奇数时，谱项为偶重数，反之，当电子数为偶当电子数为奇数时，谱项为偶重数，反之，当电子数为偶数时，谱项为奇重数。数时，谱项为奇重数。数时，谱项为奇重数。数时，谱项为奇重数。第14页，本讲稿共41页电子数电子数电子数电子数N N与多重数的关系与多重数的关系与多重数的关系与多重数的关系第15
19、页，本讲稿共41页n n上述关系对等价及非等价电子都是成立的，它可以上述关系对等价及非等价电子都是成立的，它可以上述关系对等价及非等价电子都是成立的，它可以上述关系对等价及非等价电子都是成立的，它可以由自旋角动量的耦合直接证明，同时也由观测的光由自旋角动量的耦合直接证明，同时也由观测的光由自旋角动量的耦合直接证明，同时也由观测的光由自旋角动量的耦合直接证明，同时也由观测的光谱事实所证实。谱事实所证实。谱事实所证实。谱事实所证实。n n由于元素周期表中的元素是按原子中电子的填充顺序排列由于元素周期表中的元素是按原子中电子的填充顺序排列由于元素周期表中的元素是按原子中电子的填充顺序排列由于元素周期
20、表中的元素是按原子中电子的填充顺序排列的，为此每个周期里各元素光谱项的多重性是奇偶相间的。的，为此每个周期里各元素光谱项的多重性是奇偶相间的。的，为此每个周期里各元素光谱项的多重性是奇偶相间的。的，为此每个周期里各元素光谱项的多重性是奇偶相间的。第16页，本讲稿共41页第四周期元素的多重性交替规律第四周期元素的多重性交替规律第四周期元素的多重性交替规律第四周期元素的多重性交替规律 第17页，本讲稿共41页第四周期元素一次离子多重性交替规律第四周期元素一次离子多重性交替规律第四周期元素一次离子多重性交替规律第四周期元素一次离子多重性交替规律 第18页，本讲稿共41页n n对于离子光谱也存在上述的
21、规律性。表对于离子光谱也存在上述的规律性。表对于离子光谱也存在上述的规律性。表对于离子光谱也存在上述的规律性。表5.55.5是第四周期的一是第四周期的一是第四周期的一是第四周期的一次电离谱多重项的交替规律。从表中可以看出，如果将表次电离谱多重项的交替规律。从表中可以看出，如果将表次电离谱多重项的交替规律。从表中可以看出，如果将表次电离谱多重项的交替规律。从表中可以看出，如果将表5.45.4中的元素向左移动一格，即获得它们所对应元素的一中的元素向左移动一格，即获得它们所对应元素的一中的元素向左移动一格，即获得它们所对应元素的一中的元素向左移动一格，即获得它们所对应元素的一次电离谱项的多重数表（即
22、表次电离谱项的多重数表（即表次电离谱项的多重数表（即表次电离谱项的多重数表（即表5.55.5）。二次电离的多重性）。二次电离的多重性）。二次电离的多重性）。二次电离的多重性表，只须将一次离子表中的离子向左移动一格即可。我们表，只须将一次离子表中的离子向左移动一格即可。我们表，只须将一次离子表中的离子向左移动一格即可。我们表，只须将一次离子表中的离子向左移动一格即可。我们把中性原子谱项多重性与离子谱项多重性的这种规律称作把中性原子谱项多重性与离子谱项多重性的这种规律称作把中性原子谱项多重性与离子谱项多重性的这种规律称作把中性原子谱项多重性与离子谱项多重性的这种规律称作位移定律。位移定律。位移定律
23、。位移定律。第19页，本讲稿共41页5.1.5 朗德间隔定则朗德间隔定则 同一谱项相邻两不同同一谱项相邻两不同同一谱项相邻两不同同一谱项相邻两不同J J值的能级间隔与较大的值的能级间隔与较大的值的能级间隔与较大的值的能级间隔与较大的J J值成正值成正值成正值成正比，这就是所谓的朗德间隔定则。比，这就是所谓的朗德间隔定则。比，这就是所谓的朗德间隔定则。比，这就是所谓的朗德间隔定则。多电子原子的精细结构朗德间隔定则多电子原子的精细结构朗德间隔定则多电子原子的精细结构朗德间隔定则多电子原子的精细结构朗德间隔定则 第20页，本讲稿共41页5.1.6 洪特规则洪特规则 n n对于给定的电子组态耦合出的所
24、有光谱项中，对于给定的电子组态耦合出的所有光谱项中，对于给定的电子组态耦合出的所有光谱项中，对于给定的电子组态耦合出的所有光谱项中，S S最大的最大的最大的最大的光谱项的能级最低。如果光谱项的能级最低。如果光谱项的能级最低。如果光谱项的能级最低。如果S S最大的谱项中最大的谱项中最大的谱项中最大的谱项中L L值不值是值不值是值不值是值不值是一个，则一个，则一个，则一个，则L L最大的谱项的能级最低；最大的谱项的能级最低；最大的谱项的能级最低；最大的谱项的能级最低；n n当原子中的价电子数等于或超过半满填充时，谱当原子中的价电子数等于或超过半满填充时，谱当原子中的价电子数等于或超过半满填充时，谱
25、当原子中的价电子数等于或超过半满填充时，谱项的精细结构中项的精细结构中项的精细结构中项的精细结构中J J值越大的能级越低，称作多重态值越大的能级越低，称作多重态值越大的能级越低，称作多重态值越大的能级越低，称作多重态倒项；当价电子数少于半满填充时，则倒项；当价电子数少于半满填充时，则倒项；当价电子数少于半满填充时，则倒项；当价电子数少于半满填充时，则J J值越小的值越小的值越小的值越小的能级越低，称为多重态正项。能级越低，称为多重态正项。能级越低，称为多重态正项。能级越低，称为多重态正项。对于给定的电子组态，由对于给定的电子组态，由对于给定的电子组态，由对于给定的电子组态，由LSLS耦合得出的
26、这些光谱项，它们耦合得出的这些光谱项，它们耦合得出的这些光谱项，它们耦合得出的这些光谱项，它们的能级高低的排列存在一定的规律性。这种规律首先由洪的能级高低的排列存在一定的规律性。这种规律首先由洪的能级高低的排列存在一定的规律性。这种规律首先由洪的能级高低的排列存在一定的规律性。这种规律首先由洪特提出，称为洪特规则：特提出，称为洪特规则：特提出，称为洪特规则：特提出，称为洪特规则：第21页，本讲稿共41页5.2氖氖原子的能原子的能级结级结构与其激光构与其激光跃跃迁迁 第22页，本讲稿共41页n nHe 1sHe 1s2 2n nNe K2sNe K2s2 22p2p6 6n nAr KL3sAr
27、 KL3s2 23p3p6 6n nKr KLM4sKr KLM4s2 24p4p6 6n nXe KLM4sXe KLM4s2 24p4p6 64d4d10105s5s2 25p5p6 6元素周期表中每个周期的最后一个元素构成元素周期表中每个周期的最后一个元素构成元素周期表中每个周期的最后一个元素构成元素周期表中每个周期的最后一个元素构成0 0族元素，族元素，族元素，族元素，由于这类元素的原子化学性质稳定，不易与其它原子由于这类元素的原子化学性质稳定，不易与其它原子由于这类元素的原子化学性质稳定，不易与其它原子由于这类元素的原子化学性质稳定，不易与其它原子结合，因此，被称为结合，因此，被称为
28、结合，因此，被称为结合，因此，被称为惰性气体惰性气体惰性气体惰性气体，包括，包括，包括，包括HeHe、NeNe、ArAr、KrKr、XeXe、RnRn（不稳定，不是自然界中天然存在的元素）。（不稳定，不是自然界中天然存在的元素）。（不稳定，不是自然界中天然存在的元素）。（不稳定，不是自然界中天然存在的元素）。它们的它们的它们的它们的基基基基电子组态分别为：电子组态分别为：电子组态分别为：电子组态分别为：第23页，本讲稿共41页n n除除除除HeHe原子以外，其它原子最外壳层的电子组态都是原子以外，其它原子最外壳层的电子组态都是原子以外，其它原子最外壳层的电子组态都是原子以外，其它原子最外壳层的
29、电子组态都是npnp6 6，是，是，是，是闭合壳层闭合壳层闭合壳层闭合壳层。n n因此，这些原子的基态光谱项为因此，这些原子的基态光谱项为因此，这些原子的基态光谱项为因此，这些原子的基态光谱项为1 1S S0 0。研究表明闭合层中。研究表明闭合层中。研究表明闭合层中。研究表明闭合层中未被激发的电子之间的相互作用要比被激发的电子与闭未被激发的电子之间的相互作用要比被激发的电子与闭未被激发的电子之间的相互作用要比被激发的电子与闭未被激发的电子之间的相互作用要比被激发的电子与闭合壳层中的电子的作用强得多。合壳层中的电子的作用强得多。合壳层中的电子的作用强得多。合壳层中的电子的作用强得多。第24页，本
30、讲稿共41页惰性气体原子中电子耦合能的比较惰性气体原子中电子耦合能的比较惰性气体原子中电子耦合能的比较惰性气体原子中电子耦合能的比较 第25页，本讲稿共41页n n激发态的电子组态可以是激发态的电子组态可以是激发态的电子组态可以是激发态的电子组态可以是npnp5 5msms、npnp5 5mpmp、npnp5 5mdmd、（mm为正整数，为正整数，为正整数，为正整数，mn+1mn+1）等，其中）等，其中）等，其中）等，其中npnp5 5称为称为称为称为母组态母组态母组态母组态，msms、mpmp、mdmd电子称为电子称为电子称为电子称为附加电子或激发电子附加电子或激发电子附加电子或激发电子附加
31、电子或激发电子。n n实验研究表明，惰性气体原子激发态能级的位置分布既不实验研究表明，惰性气体原子激发态能级的位置分布既不实验研究表明，惰性气体原子激发态能级的位置分布既不实验研究表明，惰性气体原子激发态能级的位置分布既不符合符合符合符合LSLS耦合规则，也不符合耦合规则，也不符合耦合规则，也不符合耦合规则，也不符合jj jj耦合规则，而是另一种耦合规则，而是另一种耦合规则，而是另一种耦合规则，而是另一种耦合方式，称为耦合方式，称为耦合方式，称为耦合方式，称为jl jl耦合耦合耦合耦合或或或或拉卡耦合拉卡耦合拉卡耦合拉卡耦合模型。模型。模型。模型。第26页，本讲稿共41页拉卡耦合模型的耦合方式
32、如下：拉卡耦合模型的耦合方式如下：拉卡耦合模型的耦合方式如下：拉卡耦合模型的耦合方式如下：1 1、母组态母组态母组态母组态npnp5 5按照按照按照按照LSLS耦合耦合耦合耦合模型得出总轨道角动量模型得出总轨道角动量模型得出总轨道角动量模型得出总轨道角动量 、总自旋角动量、总自旋角动量、总自旋角动量、总自旋角动量 和总角动量和总角动量和总角动量和总角动量 （参考表（参考表（参考表（参考表5.25.2可以可以可以可以得出）；得出）；得出）；得出）；2 2、得出、得出、得出、得出母组态母组态母组态母组态的总角动量的总角动量的总角动量的总角动量 与与与与激发电子激发电子激发电子激发电子的的的的轨道轨
33、道轨道轨道角角角角动量动量动量动量 耦合的耦合的耦合的耦合的 ；3 3、角动量、角动量、角动量、角动量 再与再与再与再与激发电子激发电子激发电子激发电子的的的的自旋自旋自旋自旋角动量角动量角动量角动量 耦合，耦合，耦合，耦合，得出原子的总角动量得出原子的总角动量得出原子的总角动量得出原子的总角动量 第27页，本讲稿共41页jl jl耦合的选择定则为：耦合的选择定则为：耦合的选择定则为：耦合的选择定则为：第28页，本讲稿共41页n n对于对于对于对于NeNe原子的能级，常采用帕邢符号表示，它只为书写原子的能级，常采用帕邢符号表示，它只为书写原子的能级，常采用帕邢符号表示，它只为书写原子的能级，常
34、采用帕邢符号表示，它只为书写方便，并没有物理含义。方便，并没有物理含义。方便，并没有物理含义。方便，并没有物理含义。n n帕邢符号把激发电子的帕邢符号把激发电子的帕邢符号把激发电子的帕邢符号把激发电子的s s、p p、d d、f f、组态的能级分组态的能级分组态的能级分组态的能级分别称为别称为别称为别称为s s组组组组能级、能级、能级、能级、p p组组组组能级、能级、能级、能级、d d组组组组能级、能级、能级、能级、等；等；等；等；n n并将并将并将并将s s组能级组能级组能级组能级从下往上从下往上从下往上从下往上数写成数写成数写成数写成1s1s、2s2s、3s3s、能级，将能级，将能级，将能
35、级，将p p组能级从下往上数写成组能级从下往上数写成组能级从下往上数写成组能级从下往上数写成2p2p、3p3p、4p4p、能级，将能级，将能级，将能级，将d d组组组组能级从下往上数写成能级从下往上数写成能级从下往上数写成能级从下往上数写成3d3d、4d4d、5d5d、能级。能级。能级。能级。第29页，本讲稿共41页NeNe原子原子原子原子s s、p p、d d组能级的帕邢符号组能级的帕邢符号组能级的帕邢符号组能级的帕邢符号 第30页，本讲稿共41页n n如前面所学，可知如前面所学，可知如前面所学，可知如前面所学，可知2p2p5 53s3s组态可有组态可有组态可有组态可有4 4个能级，为了区别
36、个能级，为了区别个能级，为了区别个能级，为了区别这些能级，从下往上数，帕邢符号写作这些能级，从下往上数，帕邢符号写作这些能级，从下往上数，帕邢符号写作这些能级，从下往上数，帕邢符号写作1s1s5 5、1s1s4 4、1s1s3 3、1s1s2 2；n n而而而而2p2p5 54s4s组态的能级写作组态的能级写作组态的能级写作组态的能级写作2s2s5 5、2s2s4 4、2s2s3 3、2s2s2 2。2p2p5 53p3p组态组态组态组态可有可有可有可有1010个能级，也是从下往上数，帕邢符号写作个能级，也是从下往上数，帕邢符号写作个能级，也是从下往上数，帕邢符号写作个能级，也是从下往上数，帕
37、邢符号写作2p2p1010、2p2p9 9、2p2p8 8、2p2p7 7、2p2p6 6、2p2p5 5、2p2p4 4、2p2p3 3、2p2p2 2、2p2p1 1。第31页，本讲稿共41页NeNe原子部分能级符号对照原子部分能级符号对照原子部分能级符号对照原子部分能级符号对照 第32页，本讲稿共41页HeHe原子的两个原子的两个原子的两个原子的两个亚稳亚稳亚稳亚稳态态态态2 21 1s s0 0和和和和2 23 3s s1 1与与与与NeNe原原原原子的子的子的子的2s2s和和和和3s3s能能能能级级级级很很很很接近，因此，接近，因此，接近，因此，接近，因此，HeHe原原原原子被激子被
38、激子被激子被激发发发发到到到到2 21 1s s0 0或或或或2 23 3s s1 1能能能能级级级级后，很容易后，很容易后，很容易后，很容易通通通通过过过过碰撞将能量碰撞将能量碰撞将能量碰撞将能量传传传传递给递给递给递给NeNe原子的原子的原子的原子的2s2s或或或或3s3s能能能能级级级级能能能能级级级级，使之，使之，使之，使之形成形成形成形成粒子数反粒子数反粒子数反粒子数反转转转转，从而从而从而从而产产产产生激光生激光生激光生激光发发发发射。射。射。射。第33页，本讲稿共41页5.3氩氩离子的能离子的能级结级结构与其激光构与其激光跃跃迁迁n n氩氩氩氩离子（离子（离子（离子（ArAr+）
39、的基）的基）的基）的基电电电电子子子子组态为组态为组态为组态为3p3p5 5，其激，其激，其激，其激发态发态发态发态的的的的电电电电子子子子组态为组态为组态为组态为3p3p4 44s4s、3p3p4 44p4p等等等等;n n其中其中其中其中3p3p4 4为为为为母母母母组态组态组态组态，4s4s、4p4p为为为为激激激激发电发电发电发电子，子，子，子，氩氩氩氩离子基离子基离子基离子基电电电电子子子子组组组组态态态态的光的光的光的光谱项为谱项为谱项为谱项为2 2p p1/21/2和和和和2 2p p3/23/2，其激，其激，其激，其激发态发态发态发态的光的光的光的光谱项谱项谱项谱项符合符合符合
40、符合LSLS耦耦耦耦合模型合模型合模型合模型第34页，本讲稿共41页ArAr+离子与激光离子与激光离子与激光离子与激光跃跃跃跃迁有关的部迁有关的部迁有关的部迁有关的部分能分能分能分能级级级级 产产产产生激光最生激光最生激光最生激光最强强强强的的的的跃跃跃跃迁迁迁迁为为为为 (4880)(4880)(5145)(5145)第35页，本讲稿共41页5.4稀土元素的能稀土元素的能级结级结构构 n n元素周期表中元素周期表中元素周期表中元素周期表中BB族的族的族的族的镧镧镧镧系和系和系和系和锕锕锕锕系称系称系称系称为为为为稀土元素，稀土元素，稀土元素，稀土元素，锕锕锕锕系元系元系元系元素是不素是不素是
41、不素是不稳稳稳稳定元素。定元素。定元素。定元素。n n属于属于属于属于镧镧镧镧系的稀土元素，它系的稀土元素，它系的稀土元素，它系的稀土元素，它们们们们的的的的电电电电子壳子壳子壳子壳层结层结层结层结构十分相近，构十分相近，构十分相近，构十分相近，都具有都具有都具有都具有未填未填未填未填满满满满的的的的f f电电电电子子子子。n n因此，因此，因此，因此，这这这这些原子的能些原子的能些原子的能些原子的能级结级结级结级结构和光构和光构和光构和光谱谱谱谱也很相似。也很相似。也很相似。也很相似。镧镧镧镧系元素原系元素原系元素原系元素原子的基子的基子的基子的基电电电电子子子子组态组态组态组态有两种有两种
42、有两种有两种类类类类型。型。型。型。第36页，本讲稿共41页n nPrPr（镨镨镨镨）,Nd,Nd（铷铷铷铷）,Pm,Pm（钷钷钷钷）,Sm,Sm（钐钐钐钐）,Eu,Eu（铕铕铕铕）,TbTb（铽铽铽铽）,Dy,Dy（镝镝镝镝）,Ho,Ho（钬钬钬钬）,Er,Er（铒铒铒铒）,Yb,Yb（镱镱镱镱）等）等）等）等 XeXe4f4fn n6s6s2 2n nLaLa（镧镧镧镧）,Ce,Ce（铈铈铈铈）,Gd,Gd（钆钆钆钆）,Lu,Lu（镥镥镥镥）XeXe4f4fn-n-1 15d5d1 16s6s2 2其中其中其中其中XeXe代表代表代表代表XeXe原子的基原子的基原子的基原子的基电电电电子子
43、子子组态组态组态组态，也就是它，也就是它，也就是它，也就是它们们们们的的的的原子原子原子原子实实实实结结结结构构构构实际实际实际实际与与与与XeXe相同。相同。相同。相同。第37页，本讲稿共41页n n由于稀土元素具有未填由于稀土元素具有未填由于稀土元素具有未填由于稀土元素具有未填满满满满的的的的4f4f壳壳壳壳层层层层和存在于和存在于和存在于和存在于4f4f壳壳壳壳层层层层之外之外之外之外的的的的5d5d、6s6s等等等等电电电电子的相互作用，使得它的能子的相互作用，使得它的能子的相互作用，使得它的能子的相互作用，使得它的能级结级结级结级结构和光构和光构和光构和光谱谱谱谱非常丰富和复非常丰富
44、和复非常丰富和复非常丰富和复杂杂杂杂，对对对对它的了解尚不十分清楚，它的了解尚不十分清楚，它的了解尚不十分清楚，它的了解尚不十分清楚，还还还还有有有有待待待待进进进进一步的研究。一步的研究。一步的研究。一步的研究。n n稀土元素常以稀土元素常以稀土元素常以稀土元素常以离子状离子状离子状离子状态态态态掺杂掺杂掺杂掺杂于某些晶体或其它于某些晶体或其它于某些晶体或其它于某些晶体或其它类类类类型型型型的基的基的基的基质质质质中，成中，成中，成中，成为为为为重要的激光工作介重要的激光工作介重要的激光工作介重要的激光工作介质质质质或是或是或是或是发发发发光材料，光材料，光材料，光材料，因此，人因此，人因此
45、，人因此，人们对们对们对们对稀土稀土稀土稀土离子的能离子的能离子的能离子的能级结级结级结级结构构构构，要比原子的能，要比原子的能，要比原子的能，要比原子的能级结级结级结级结构更感构更感构更感构更感兴兴兴兴趣。趣。趣。趣。n n另外，某些另外，某些另外，某些另外，某些过过过过渡金属离子，如渡金属离子，如渡金属离子，如渡金属离子，如CrCr3+3+、TiTi3+3+等，等，等，等，掺杂掺杂掺杂掺杂于晶于晶于晶于晶体中，也是当前重要的激光工作介体中，也是当前重要的激光工作介体中，也是当前重要的激光工作介体中，也是当前重要的激光工作介质质质质。第38页，本讲稿共41页三价三价三价三价镧镧镧镧系离子的能系离子的能系离子的能系离子的能级图级图级图级图 第39页，本讲稿共41页NdNd3+3+离子在离子在离子在离子在钇铝钇铝钇铝钇铝石榴石石榴石石榴石石榴石（YAGYAG）晶体中激光）晶体中激光）晶体中激光）晶体中激光跃跃跃跃迁迁迁迁的相关能的相关能的相关能的相关能级图级图级图级图 第40页，本讲稿共41页镧镧镧镧系原子系原子系原子系原子f fn n和和和和f fn-1n-1d d1 1电电电电子子子子组态组态组态组态能量的比能量的比能量的比能量的比较较较较 第41页，本讲稿共41页