光谱学第五章PPT讲稿.ppt

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1、光谱学第五章第1页，共41页，编辑于2022年，星期五5.1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，或称为的原子称为多价电子原子，或称为的原子称为多价电子原子，或称为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，存在各种相互作复杂原子。在具有多个价电子的原子体系，存在各种相互作复杂原子。在具有多个价电子的原子体系，存在各种相互作复杂原子。在具有多个价电子的原子体系，存在各种相互作用：用：用：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

2、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

3、与核磁矩之间的相互作用；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，共41页，编辑于2022年，星期五n n可以设想原子原有的价电子只保留一个，其余都已经被可以设想原子原有的价电子只保留一个，其余都已经被可以设想原子原有的价电子只保留一个，其余都已经被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，然后剥离，然后剥离，然后剥离，然后依次加入依次加入；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，

4、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进行母项与新加入的价电子进行母项与新加入的价电子进行母项与新加入的价电子进行矢量耦合矢量耦合矢量耦合矢量耦合，这样进行下去，直到加入最后一个价电，这样进行下去，直到加入最后一个价电，这样进行下去，直到加入最后一个价电，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，就获得最终的原子态。子时所进行的耦合结果，就获得最终的原子态。子时所进行的耦合结果，就获得最终的原子态。子时所进行的耦合结果

5、，就获得最终的原子态。这一章我们仍然采用直观的原子矢量模型讨论多价电子原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，在前面用光谱。可以证明，在前面用光谱。可以证明，在前面用光谱。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子原子确定两个价电子原子确定两个价电子原子确定两个价电子原子态的方法，对于含有两个以上价电子的原子依然有效。为态的方法，对于含有两个以上价电子的原子依然有效。为态的方法，对于含有两个以上价电子的原子依然有效。为态的方法，对于含有两

6、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确定多价电子原子的原子态确定多价电子原子的原子态确定多价电子原子的原子态:第3页，共41页，编辑于2022年，星期五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每加入一个价电子，原子的光谱项符号和其多重项的变每加入一个价电子，原子的光谱项符号和其多重项的变每加入一个价电子，原子的光谱项符号和其多重项的变化存在一定的规律，这种化存在一定的规律，这种化存在一定的规律，这种化存在一定的规律，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。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

7、等价的价电子（下面用三个非等价的价电子（s，p p，p p）为例，用矢量）为例，用矢量）为例，用矢量）为例，用矢量耦合方法求得它们的分支图。耦合方法求得它们的分支图。耦合方法求得它们的分支图。耦合方法求得它们的分支图。第4页，共41页，编辑于2022年，星期五5.1.1 LS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，得到总轨道角动量耦合，得到总轨道角动量耦合，得到总轨道角动量L Lp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Sp p；n n然后再将然后再将然后再将然后再将L Lp和和和和S Sp p

8、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和总自旋角动和总自旋角动和总自旋角动和总自旋角动量量量量S；n n最后，将最后，将L L与与与与S S耦合得到总角动量耦合得到总角动量J。第5页，共41页，编辑于2022年，星期五第6页，共41页，编辑于2022年，星期五n n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

9、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；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，多重项时，多重项时，多重项时，多重项数为（数为（数为（数为（2L+12L+1）第7页，共41页，编辑于2022年，星期五n n第一组的光谱项与第二组的光谱项虽然符号完全相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，同，但是它

10、们来源于不同的母项，能量并不相同，是不同的光谱项。是不同的光谱项。n n因此，因此，sppspp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),2 2D(2),D(2),4 4S,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。类推。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，需要把对于等价电子，由于存在泡利不相容原理的限制，需要把对于等价电子，由于存在泡利不相容原理的限制，需要把对于等

11、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，得到的光那些违反泡利不相容原理的光谱项除掉，因此，得到的光那些违反泡利不相容原理的光谱项除掉，因此，得到的光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。谱项比非等价电子的光谱项要少。谱项比非等价电子的光谱项要少。谱项比非等价电子的光谱项要少。第8页，共41页，编辑于2022年，星期五非等价电子的光谱项非等价电子的光谱项 第9页，共41页，编辑于2022年，星期五等价电子等价电子等价电子等价电子的光谱项的光谱项的光谱项的光谱项 第10页，共41页，编辑于2022年，星期五5.

12、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。三个。三个。三个。三个以上价电子的以上价电子的以上价电子的以上价电子的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

13、。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j1=1/2；第二个；第二个；第二个；第二个p p电子，有电子，有j j2 2=1/2=1/2，3/23/2；第三个；第三个p p电电电电子，有子，有子，有子，有j j3 3=1/2，3/23/2多价电子的多价电子的jj jj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耦合，可以根据两个价电子的jj jj耦合推耦合推广而得到。广而得到。第11页，共41页，编辑于2022年，

14、星期五以上结果表明，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，共41页，编辑于2022

15、年，星期五5.1.3 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：第13页，共41页，编辑于2022年，星期五5.1.4 多重项的奇数与偶数交替规律及位移定多重项的奇数与偶数交替规律及位移定律律 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

16、定，也就是对于一个给定n n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。n n从前面的结果可以明显地看出，多重数存在这样一个规从前面的结果可以明显地看出，多重数存在这样一个规从前面的结果可以明显地看出，多重数存在这样一个规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

17、，谱项为偶重数，反之，当电子律：当电子数为奇数时，谱项为偶重数，反之，当电子律：当电子数为奇数时，谱项为偶重数，反之，当电子律：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。数为偶数时，谱项为奇重数。数为偶数时，谱项为奇重数。数为偶数时，谱项为奇重数。第14页，共41页，编辑于2022年，星期五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第15页，共41页，编辑于2022年，星期五n n上述关系对等价及非等价电子都是成立的，它可以由上述关系对等价及非等价电子都是成立的，它可以由上述关系对等价及非等价电子都是成立的，它可以由上述关系对等价及非等价电子都是成立

18、的，它可以由自旋角动量的耦合直接证明，同时也由观测的光谱事自旋角动量的耦合直接证明，同时也由观测的光谱事自旋角动量的耦合直接证明，同时也由观测的光谱事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。实所证实。实所证实。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由于元素周期表中的元素是按原子中电子的填充顺序排由于元素周期表中的元素是按原子中电子的填充顺序排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的，为此每个周期里各元素光谱项的多重性是奇偶相列的，为此每个周期里各元素光谱项的多重性是奇偶相列的，为此每个周期里各元素光谱项的多重性是奇偶相列的，为此每个周期里各

19、元素光谱项的多重性是奇偶相间的。间的。间的。间的。第16页，共41页，编辑于2022年，星期五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，共41页，编辑于2022年，星期五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，共41页，编辑于2022年，星期五n n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是第四周是第四周是第四周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，期的一次电离谱多重项的交替规律。从表中可以看出，期的一次电离谱多重项的交替规律。从表中可以看出，期的一次电离谱多重项的交替规

20、律。从表中可以看出，如果将表如果将表如果将表如果将表5.4中的元素向左移动一格，即获得它们所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（即表对应元素的一次电离谱项的多重数表（即表5.55.5）。）。）。）。二次电离的多重性表，只须将一次离子表中的离子向左移二次电离的多重性表，只须将一次离子表中的离子向左移二次电离的多重性表，只须将一次离子表中的离子向左移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。我们把中性原子谱项多重性与离子谱项多重动一格即可。我们把中性原子谱项多重性与离子谱项多重动一格即可。我们把中性原子谱项多重性与离子谱项多重动一格即可。我们把中

21、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。性的这种规律称作位移定律。性的这种规律称作位移定律。性的这种规律称作位移定律。第19页，共41页，编辑于2022年，星期五5.1.5 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值成正比，值成正比，值成正比，值成正比，这就是所谓的朗德间隔定则。这就是所谓的朗德间隔定则。这就是所谓的朗德间隔定则。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

22、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，共41页，编辑于2022年，星期五5.1.6 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

23、当原子中的价电子数等于或超过半满填充时，谱项的当原子中的价电子数等于或超过半满填充时，谱项的当原子中的价电子数等于或超过半满填充时，谱项的当原子中的价电子数等于或超过半满填充时，谱项的精细结构中精细结构中精细结构中精细结构中J值越大的能级越低，称作多重态倒项；值越大的能级越低，称作多重态倒项；值越大的能级越低，称作多重态倒项；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，则当价电子数少于半满填充时，则当价电子数少于半满填充时，则当价电子数少于半满填充时，则J值越小的能级越低，值越小的能级越低，称为多重态正项。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

24、子组态，由对于给定的电子组态，由LSLS耦合得出的这些光谱项，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。这种规律首先由洪特提出，称为洪特规则：首先由洪特提出，称为洪特规则：第21页，共41页，编辑于2022年，星期五5.2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，共41页，编辑于2022年，星期五n nHe 1s2 2n nNe K2sNe K2s2 22p2p6 6n nAr KL3sAr KL3s2 23p3p6n nKr KLM4sKr KLM4s2 24p4p6 6n nXe KLM4sXe KL

25、M4s2 24p64d4d10105s25p5p6 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，由于族元素，由于族元素，由于族元素，由于这类元素的原子化学性质稳定，不易与其它原子结合，这类元素的原子化学性质稳定，不易与其它原子结合，这类元素的原子化学性质稳定，不易与其它原子结合，这类元素的原子化学性质稳定，不易与其它原子结合，因此，被称为因此，被称为因此，被称为因此，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、Ar、KrKr、XeXe

26、、RnRn（不稳定，不是自然界中天然存在的元素）。它们的（不稳定，不是自然界中天然存在的元素）。它们的（不稳定，不是自然界中天然存在的元素）。它们的（不稳定，不是自然界中天然存在的元素）。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，共41页，编辑于2022年，星期五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

27、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 1S0 0。研究表明闭合层。研究表明闭合层。研究表明闭合层。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中未被激发的电子之间的相互作用要比被激发的电子与中未被激发的电子之间的相互作用要比被激发的电子与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合壳层中的电子的作用强得多。闭合壳层中的电子的作用强得多。闭合壳层中的电子的作用强得多。闭合壳层中的电子的作用强得多。第24页，共41页，编辑于2022年，星期五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

28、性气体原子中电子耦合能的比较 第25页，共41页，编辑于2022年，星期五n n激发态的电子组态可以是激发态的电子组态可以是np5ms、npnp5 5mp、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npnp5 5称为称为称为称为母组态母组态母组态母组态，msms、mp、md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布既不符合LSLS耦合规则，也不符合耦合规则，也不符

29、合耦合规则，也不符合耦合规则，也不符合jj jj耦合规则，而是另耦合规则，而是另耦合规则，而是另耦合规则，而是另一种耦合方式，称为一种耦合方式，称为一种耦合方式，称为一种耦合方式，称为jl jl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。第26页，共41页，编辑于2022年，星期五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：拉卡耦合模型的耦合方式如下：1、母组态母组态np5按照按照LS耦合耦合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 和总角动量和总角动量 （参考表（参考表5.2可以可以得出）；得出）；2、得出

30、、得出母组态母组态的总角动量的总角动量 与与激发电子激发电子的的轨道轨道角角动量动量 耦合的耦合的 ；3、角动量、角动量 再与再与激发电子激发电子的的自旋自旋角动量角动量 耦合，耦合，得出原子的总角动量得出原子的总角动量 第27页，共41页，编辑于2022年，星期五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，共41页，编辑于2022年，星期五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，常采用帕邢符号表示，它只为书写方便，并没

31、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、d d、f f、组态的能级分别组态的能级分别组态的能级分别组态的能级分别称为称为称为称为s s组组组组能级、能级、能级、能级、p p组组组组能级、能级、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数写成数写成数写成数写成1s、2s2s、3s、能级，将能级，将能级，将能级，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

32、从下往上数写成2p2p、3p3p、4p、能级，将能级，将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3d、4d4d、5d、能级。能级。能级。能级。第29页，共41页，编辑于2022年，星期五NeNe原子原子原子原子s s、p p、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，共41页，编辑于2022年，星期五n n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1s1s5 5、1s1

33、s4 4、1s1s3 3、1s2 2；n n而而而而2p2p54s4s组态的能级写作组态的能级写作2s2s5、2s2s4 4、2s2s3 3、2s2 2。2p2p5 53p3p组组组组态可有态可有态可有态可有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，帕邢符号写作2p10、2p9 9、2p2p8 8、2p7 7、2p2p6 6、2p2p5 5、2p2p4 4、2p2p3 3、2p2p2 2、2p2p1 1。第31页，共41页，编辑于2022年，星期五Ne原子部分能级符号对照原子部分能级符号对照原子部

34、分能级符号对照原子部分能级符号对照 第32页，共41页，编辑于2022年，星期五He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 21s s0 0和和和和2 23 3s s1 1与与与与NeNe原原子的子的2s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，He原原原原子被激子被激子被激子被激发发发发到到到到21 1s s0 0或或或或23s s1 1能能级级后，很容后，很容易通易通过过碰撞将能碰撞将能量量传递给传递给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，使之形成使之形成使之形成使

35、之形成粒子数反粒子数反粒子数反粒子数反转转转转，从而，从而产产生激光生激光发发射。射。第33页，共41页，编辑于2022年，星期五5.3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氩氩离子（离子（ArAr+）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，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组组组态为态为态为态为3p3p4 44s4s、3p4 44p4p等等等等;n n其中其中3p3p4 4为为为为母母组态组态，4s、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

36、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 p1/2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符合LS耦耦耦耦合模型合模型合模型合模型第34页，共41页，编辑于2022年，星期五Ar+离子与激光离子与激光跃跃迁有关的部迁有关的部分能分能级级 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)(5145)第35页，共41页，编辑于2022年，星期五5.4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族的族的镧镧

37、系和系和锕锕系称系称为为稀土元素，稀土元素，锕锕系元素是不系元素是不稳稳定元素。定元素。n n属于属于镧镧系的稀土元素，它系的稀土元素，它们们的的电电子壳子壳层结层结构十分相近，构十分相近，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，这这些原子的能些原子的能级结级结构和光构和光谱谱也很相似。也很相似。镧镧系元系元素原子的基素原子的基电电子子组态组态有两种有两种类类型。型。第36页，共41页，编辑于2022年，星期五n nPr（镨镨镨镨）,Nd,Nd（铷铷）,Pm,Pm（钷钷）,Sm,Sm（钐钐钐钐）,Eu,Eu（铕铕铕铕）,TbTb（铽铽）,Dy（镝镝

38、镝镝）,Ho（钬钬）,Er（铒铒铒铒）,Yb,Yb（镱镱镱镱）等等等等 Xe4f4fn n6s2 2n nLaLa（镧镧镧镧）,Ce,Ce（铈铈铈铈）,Gd（钆钆钆钆）,Lu,Lu（镥镥镥镥）XeXe4fn-n-1 15d5d1 16s2 2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，共41页，编辑于2022年，星期五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

39、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等等电电子的相互作用，使得它的能子的相互作用，使得它的能级结级结构和构和光光谱谱非常丰富和复非常丰富和复杂杂，对对它的了解尚不十分清楚，它的了解尚不十分清楚，还还有待有待进进一步的研究。一步的研究。n n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的型的型的型的基基基基质质质质中，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

40、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，因光材料，因光材料，因光材料，因此，人此，人此，人此，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构构构更感更感更感更感兴兴兴兴趣。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体于晶体于晶体于晶体中，也是当前重要的激光工作介中，也是当前重要的激光工作介中，也是当

41、前重要的激光工作介中，也是当前重要的激光工作介质质质质。第38页，共41页，编辑于2022年，星期五三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，共41页，编辑于2022年，星期五Nd3+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（YAG）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，共41页，编辑于2022年，星期五镧镧镧镧系原子系原子系原子系原子f fn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，共41页，编辑于2022年，星期五