《分子光谱与激光》

第一章光的吸收和发射1

1 光传播的电磁理论1

1.1 麦克斯韦方程1

1.2 空腔电磁场的模4

1.3 光吸收的电磁理论5

2 吸收和发射的爱因斯坦理论6

2.1 普朗克定律和爱因斯坦系数6

2.2 光学吸收的动力学9

3.1 爱因斯坦系数B的量子理论17

3 吸收和发射的半经典理论17

3.2 X(ω)的经典理论24

3.3 X(ω)的量子理论28

4 光谱线的线形和线宽31

4.1 原子跃迁的寿命和寿命加宽32

4.2 多普勒加宽35

4.3 碰撞加宽39

4.4 复合线形42

参考文献43

习题43

1 量子力学的复习46

1.1 类氢离子46

第二章原子光谱46

1.2 角动量49

1.3 两个角动量相加50

1.4 自旋角动量52

1.5 简并情况下的定态微扰理论54

1.6 电子自旋与轨道运动相互耦合导致的能级分裂57

2 多电子原子的能级和波函数60

2.1 碱金属原子的能级和波函数61

2.2 中心场的独立电子近似和电子组态63

2.3 多电子原子能级的精细结构 LS耦合67

2.4 由电子组态确定光谱项 洪德规则71

2.5 原子能级在磁场中的分裂 塞曼效应76

2.6 斯塔克效应80

3 选择定则和光谱81

3.1 关于光谱和能级跃迁的某些基本概念82

3.2 单电子原子(不考虑自旋轨道耦合)的跃迁选择定则85

3.3 自发辐射电偶极跃迁和经典偶极辐射的对应辐射光的偏振性质87

3.4 多电子原子的跃迁选择定则91

4 气体激光器的布居数反转及氦氖激光器的跃迁机制97

4.1 气体激光器的布居数反转97

4.2 氦氖激光器的跃迁机制100

参考文献104

习题104

1 玻恩-奥本海默近似 核运动和电子运动的分离106

第三章分子的一般性质106

2 双原子分子的位能曲线能级结构和谱线特征110

2.1 双原子分子的位能曲线110

2.2 双原子分子的能级结构112

2.3 双原子分子谱线分类和特点114

3 分子对称性117

3.1 对称操作和对称元素117

3.2 关于分子点群的概念119

3.3 对称操作感生的坐标变换函数的对称类型124

3.4 本征波函数的对称性分类126

参考文献129

习题130

第四章双原子分子的振动和转动131

1 核运动的薛定谔方程 刚性转子和简谐振子131

1.1 双原子分子核运动(不包括平动)的薛定谔方程131

1.2 双原子分子的刚性转子和简谐振子模型134

2 振动的非谐性 振动和转动的相互作用及离心变形142

3 转动和振动跃迁的选择定则144

4 双原子分子的纯转动谱150

5 双原子分子的振动-转动谱154

6 关于振转谱和纯转动谱的谱线强度问题159

习题164

参考文献164

第五章双原子分子的电子态以及电子运动和核转动的耦合166

1 氢分子离子H+2的薛定谔方程及其解166

2 等核电荷双原子分子中的单电子分子轨道172

2.1 核间距很大时H+2的电子轨道分离原子模型173

2.2 关于联合原子模型以及分子轨道相关图179

3 等核电荷双原子分子的电子组态和光谱项183

3.1 等核电荷双原子分子的电子组态准分子的概念183

3.2 双原子分子电子态的光谱项184

4 核转动和电子运动之间的耦合196

参考文献198

习题199

第六章双原子分子的电子光谱200

1 双原子分子波函数的宇称200

2 同核双原子分子的核自旋和泡利原理204

2.1 核自旋和两种统计204

2.2 同核双原子分子核自旋波函数ψn?及其对称性206

2.3 等核电荷双原子分子空间波函数的核交换对称性208

2.4 同核双原子分子转动能级的简并度210

3 选择定则212

3.1 分子总波函数的严格的选择定则212

3.2 电子跃迁的选择定则215

4 电子跃迁中振动量子数改变的选择定则及谱线强度218

5 双原子分子的电子谱224

5.1 电子谱中的振动结构225

5.2 电子光谱中的转动结构231

6 双原子分子中的光物理过程235

参考文献240

习题240

第七章几种典型双原子分子激光器的工作原理242

1 氮分子激光器(束缚态-束缚态的电子跃迁)242

2 准分子激光器(束缚态-自由态的电子跃迁)247

3 CO激光器(振-转跃迁)254

3.1 关于振-转能级中粒子数局部反转的一般概念254

3.2 CO激光器粒子数的局部反转和激光跃迁257

3.3 CO激光器的效率263

参考文献264

习题265

第八章多原子分子的转动及远红外分子激光器266

1 多原子分子的核运动266

2 刚性转子的经典力学268

3 转动哈密顿算符271

4 球陀螺275

5 对称陀螺276

6 非对称陀螺280

7 气体分子光泵动力学284

8 光泵远红外分子激光器的工作原理和光谱特性288

习题296

参考文献296

第九章多原子分子的振动298

1 振动的经典力学298

2 对称性和简正振动311

3 振动的量子力学315

4 简并振动能级的性质320

4.1 简并能级的振动角动量321

4.2 费米共振和偶然简并能级325

5 振动能级的对称性分类326

6 纯转动和振动-转动跃迁的选择定则329

7 多原子分子波函数的宇称338

8 核自旋和泡利原理340

9 振动-转动谱(多原子分子红外光谱)345

10 CO2分子激光器348

参考文献360

习题361

第十章多原子分子的光物理过程和可调谐染料激光器365

1 多原子分子的电子光谱和能级365

2 多原子分子的光物理过程 荧光谱和磷光谱366

3 染料分子的光谱特性375

4 染料激光器383

参考文献390

习题391

第十一章光的喇曼散射和振动-转动喇曼谱393

1 光散射过程的经典模型394

2 转动和振动喇曼谱400

3 喇曼效应的量子理论408

3.1 含时间的一级微扰理论409

3.2 散射强度和微分散射截面414

3.3 喇曼效应中的双光子跃迁和近共振散射416

4 喇曼谱的应用418

参考文献422

习题422

1 引言425

第十二章激光光谱技术425

2 高灵敏检测技术430

2.1 锁相放大433

2.2 重复信号的时域平均和采样积分器(Boxcar)434

2.3 导数谱方法(波长调制谱)439

3 多普勒受限激光光谱技术443

3.1 吸收光谱443

3.2 激光感生荧光光谱448

4 亚多普勒激光光谱技术450

4.1 饱和光谱450

4.2 双光子光谱459

5.1 激光磁共振谱技术464

5 亚多普勒激光光谱的几种典型实验464

5.2 饱和吸收谱技术467

5.3 钠原子的双光子吸收谱技术470

参考文献472

习题472

第十三章相干喇曼技术474

1 宏观电极化率的定义和性质475

1.1 定义和性质475

1.2 本征交换对称性479

1.3 介质的空间对称性480

1.4 波在介质中的传播482

2.1 双光子型共振的经典模型485

2 双光子型共振485

2.2 X(8)的显式490

3 受激喇曼散射和四波混频493

3.1 非参量和参量过程494

3.2 受激喇曼振荡的实验方法499

4 相干喇曼光谱技术501

4.1 相干反斯托克斯谱技术(CARS)503

4.2 受激喇曼增益谱技术(SRG)和逆喇曼谱技术511

参考文献515

习题515

附录517