3.13.4 Енергетичний спектр молекул

Зв’язки між атомами в молекулі при об’єднанні можуть бути, в залежності від електронної конфігурації, гомеополярні і гетерополярні. Перші характеризуються ковалентними або атомними зв’язками, другі – відносяться до йонних зв’язків.

Гомеополярний зв’язок утворюється парами електронів з протилежно направленими спінами. Найпростішою є молекула водню. Розрахунок показав, що утворення молекули при наближенні атомів із протилежними спінами зменшує сумарну енергію системи при rr₀ (рис. 3.13). При наближенні атомів із однаково направленими спінами сумарна енергія системи зростає, і таке об’єднання є енергетично невигідним.

Енергетичний спектр молекули включає складові: енергію електронної оболонки Е_е, енергію коливального руху Е_, енергію обертового руху Е_r:

-  коливальне число; =1, 2, 3…,

- енергія пов’язана із обертанням молекули (обертова енергія) залежить від моменту інерції молекули І та обертового квантового числа =0,1,2…; L – момент імпульсу молекули

(рис. 3.14).

3.14 Вимушене і спонтанне випромінювання. Лазери

3.14.1 Комбінаційне розсіяння

Комбінаційне розсіяння – це ефект, який полягає у появі в спектрі розсіяння крім частоти падаючого випромінювання ₀ ряду ліній, зміщенних по частоті на величину , яка дорівнює _і-₀ (рис. 3.15).

Додаткові лінії в спектрі розсіяння називаються супутниками. Причина виникнення супутників: взаємодія фотонів падаючого випромінювання з молекулами середовища. В результаті обміну між ними енергією, внаслідок непружної взаємодії, молекули поглинають енергію і при переході в нормальний стан випромінюють квант світла з іншою частотою.

Супутники із більшою довжиною хвилі ніж падаюче випромінювання, називаються червоними, а із меншою довжиною хвилі – фіолетовими. Фіолетові супутники зв’являються, якщо молекули рідини знаходились в збудженому стані до опромінення.

3.14.2 Спонтанне і вимушене випромінювання. Доведення формули Планка на основі принципа детальної рівноваги

При взаємодії випромінювання з речовиною її атоми вимушено поглинають енергію і, перейшовши в збуджений стан, через деякий час її випромінюють. Випромінювання, в основному, відбувається спонтанно, визначається лише внутрішніми властивостями атомів і не може залежати від інтенсивності падаючого випромінювання. В той же час ймовірність “поглинальних” переходів атомів залежить як від властивостей атомів, так і інтенсивності падаючого випромінювання.

Виходячи із принципів термодинамічної рівноваги Ейнштейн довів, що крім спонтанного тобто самовільного випромінювання, повинне існувати, подібно до вимушеного поглинання, вимушене випромінювання.

Вимушене випромінювання має ряд особливостей:

Частота вимушеного випромінювання співпадає з частотою вимушуючого випромінювання.
Напрямок вимушеного випромінювання та його поляризація такі самі, як і вимушуючого.
Ймовірність переходів при вимушеному випромінюванні пропорційна густині потоку вимушуючого випромінювання.

Р_mn – ймовірність переходу з рівня m на рівень n, B_mn – коефіцієнт Ейнштейна, u_ - густина потоку падаючого випромінювання, N_mn – кількість переходів з рівня m на рівень n,