《光学原子物理》

第一篇经典光学1

前言1

1 几何光学3

1.1 几何光学的基本定律3

1.2 光学系统的物像关系6

1.3 光度学12

1.4 光学仪器18

2 光波的基本性质26

2.1 光波的表示方法27

2.2 波的迭加30

2.3 单色波的概念33

2.4 相干迭加的条件34

2.5 相速和群速38

3.1 相干光产生的方法41

3 干涉41

3.2 分波前法干涉44

3.3 薄膜（薄板）干涉48

3.4 迈克尔逊干涉仪55

3.5 多光束干涉和F-P干涉仪58

3.6 光场的相干性66

4 衍射75

4.1 惠更斯—菲涅尔原理75

4.2 菲涅尔衍射78

4.3 夫琅和费衍射84

4.4 光学仪器的分辨本领87

4.5 光栅衍射89

5 偏振102

5.1 光场的五种偏振状态102

5.2 马吕斯定理106

5.3 双折射107

5.4 各种偏振态的判别法112

5.5 电光效应和磁光效应118

5.6 偏光干涉121

第二篇量子光学127

1 现代光学基础127

1.1 光的吸收、色散和散射127

1.2 热辐射129

1.3 光的波粒二象性131

1.4 爱因斯坦辐射理论133

2 激光137

2.1 激光的基本原理137

2.2 选模143

2.3 超短脉冲146

2.4 非线性光学149

3.1 经典相干性151

3 相干性151

3.2 强度相关实验（HBT实验）152

3.3 光子相关光谱学154

3.4 完全相干光的定义155

3.5 相干性的量子理论155

3.6 相干态158

3.7 物理学中的相干态161

4 光场的量子性163

4.1 Jaynes-Cummings模型（J-C模）163

4.2 Dressed原子164

4.3 压缩态（squeezed state）165

4.4 非经典光场167

第三篇原子物理171

1 Rutherford的核式原子模型171

1.1 模型提出时的物理背景171

1.2 Rutherford的α粒子散射实验和原子的核式模型172

1.3 核式模型的稳定性173

1.4 带电粒子的小角散射174

2 Bohr-Sommerfeld理论177

2.1 理论提出时的物理背景177

2.2 Bohr的基本假设178

2.3 几项修正180

2.4 Bohr理论的成功与失败181

2.5 Sormmerfeld对Bohr理论的发展和角动量量子数n？和磁量子数m的引入182

2.6 量纲法导出基态氢原子的重要物理量182

2.7 原子核有限体积引起的修正和μ介子原子183

2.8 电子偶素和粲偶素187

3 碱金属原子和光谱的精细结构191

3.1 碱金属原子及其光谱191

3.2 碱金属和氢原子光谱的精细结构192

3.3 氢原子的精细结构194

3.5 Rydberg原子197

3.4 自旋－轨道耦合能△El？的半经典图像197

3.6 Rydberg原子的奇特性质199

3.7 Rydberg原子的产生方法199

3.8 Rydberg原子的检测202

3.9 Rydberg原子研究的若干应用205

3.10 精确测量精细结构常数的一个新方法：量子化Hall效应206

4 多电子原子213

4.1 中心场近似213

4.2 L-S耦合H1》H2的情形215

4.3 j-j耦合，H2》H1的情形226

4.4 中间情形230

4.5 成对耦合（pair coupling）230

4.6 跃迁几率和谱线强度232

4.7 双光子跃迁237

5 外场中的原子239

5.1 弱场情形：反常Zeeman效应H2》W240

5.2 强场情形：Paschen-Back效应H1＞W＞H2242

5.3 利用微扰方法的统一处理243

5.4 j-j耦合下的Zeeman效应247

5.5 电子自旋共振（ESR）247

5.6 双共振与光泵249

5.7 自旋回波251

5.8 电场中的原子：Stark效应260

5.9 在外场中的Rydberg原子263

5.10 Landég因子的测量271

6 超精细结构（hfs）282

6.1 原子核的角动量及其磁矩282

6.2 超精细结构的实例284

6.3 在外磁场中的hfs286

6.4 核自旋和磁矩的测量，Rabi实验292

6.5 核磁共振（NMR）和ESR的超精细结构293

6.6 关于超精细结构的量子力学处理297

6.7 电四极矩300

7 分子和分子光谱305

7.1 分子结合的分类306

7.2 离子键306

7.3 Van der Waals相互作用308

7.4 分子轨道理论简介（MO）309

7.5 双原子分子的振动和转动，绝热近似320

7.6 分子的转动能级和光谱325

7.7 双原子分子的振动－转动谱328

7.8 多原子分子的振动谱334

7.9 双原子分子电子态之间的跃迁335

7.10 Frank-Condon原理338

7.11 分子某些物理量的量级估计340

7.12 Raman散射342

7.13 核的统计性质对同核双原子分子的能级布居和光谱的影响347