Лекция. Еріксіз сәуле шығару негізінде жарықты күшейтудің жалпы принциптері. Лазерлер

H^ˆ _e _e  E_e _e ,(1а)
H^ˆ_ _  E__ ,(1б)
H^ˆ _r _r  E_r _r .(1в)
Бұларды шешкенде _е1, _е2, _е3,...; _1, _2,...; _r1, _r2,... меншікті толқындық функциялар және Е_е1, Е_е2,...; Е_1, Е_2,...; Е_r1, Е_r2,..меншікті энергия мәндері алынады.
Қарастырылып отырған (1) жуықтауда (адиабаттық) молекуланың Е толық энергиясы бір-бірінен тәуелсіз – Е_е электрондық,Е_ тербеліс және Е_r айналыс үш құраушыдан тұрады:
E  E_e  E_  E_r .(2)
Толық толқындық функцияны (1) түрінде бөлу мына шарт

E_e  E_  E_r(3)
орындалғанда ғана мүмкін болады.

(2) формуладағы әрбір мүше нақты мәндер қабылдайды. Е_е, Е_, Е_r берілгенде молекуланың толық энергиясы белгілі электрондық-тербеліс-айналыс күйге сәйкес келетіндей мәнге ие болады. Сонда бір-бірінен алшақ орналасқан электрондық деңгейлер, тығызырақ орналасқан тербеліс деңгейлері, бұдан да жақын орналасқан айналыс деңгейлер жиынтығы алынады (1- сурет).
Молекула бір күйден басқа күйге ауысқанда бір мезгілде толық энергияның барлық үш бөлігі (электрондық-тербеліс- айналыс) бірдей өзгеруі мүмкін. Бұл молекулалардың шығару және жұтылу спектрлерінде білінеді, спектр құрамында үш құрылым – электрондық, тербеліс және айналыс құрылымдары болады. Жиіліктер шартына сәйкес, сәуле шығару және жұтылу ауысулары үшін мына теңдік орындалады:

мұндағы Е және Е – төменгі және жоғары электрондық-тербеліс- айналыс деңгейлерінің сәйкес энергиялары, және v_e  E_e / h, v_  E_ / h,v_r  E_r / h . v_ – спектрдің тербеліс (жолақтық) құрылымын, v_r – жолақтың айналыс (нәзік) құрылымын
_{v } E^  E^ _ ^{(Ee  E  Er )  (Ee  E  Er )} _{ v  v}

1-сурет
сипаттайды. Электрондық энергия өзгергенде бір мезгілде молекуланың тербеліс және айналыс энергиялары бірге өзгереді. Сонда электрондықтербеліс-айналыс спектрлері алынады, бұлар қысқаша электрондық спектрлер деп аталады. Осы спектрлердегі жеке жолақтар

E_e  const берілген жағдайдағы әр түрлі E_ мәндеріне, ал жолақтардағы нәзік түзілістің жеке сызықтары – берілген E_e және E_жағдайдағы әр түрлі E_r мәндеріне сәйкес келеді.

Электрондық деңгейлер арасындағы айырма 1-10 эВ. Бұлардың арасындағы ауысулар нәтижесінде жиіліктері 10¹⁴-10¹⁵ Гц электромагниттік сәуле шығарылады (не жұтылады), яғни мұндай спектрлер спектрдің көрінетін және ультракүлгін аймақтарында жатады. Егер E_e =0, яғни электрондық күй тұрақты (өзгермеген жағдайда) болып, тербеліс энергия өзгергенде тербеліс спектрлері пайда болады. Осы жағдайдағы тербеліс энергиясының өзгерісінен айналыс энергиясы да өзгереді. Тербеліс энергиясы үшін E_ 10^-1-1эВ, бұған v_10¹²-10¹⁴ Гц жиілік сәйкес келеді. Демек, спектр жақын және алыс инфрақызыл аймақта жатады.
Егер E_e =0, E_ =0 болып, молекуланың тек Е_r айналыс энергиясы өзгеретін болса, онда таза айналыс спектрлері пайда болады. Е_r 10 -10 эВ, бұған v_r10 -10 Гц жиілік сәйкес келеді. Таза айналыс спектрлері спектрдің алыс инфрақызыл және субмиллиметрлік аймағында орналасады.
Оқшауланған атомдар мен молекулалардың қозғалысындағы ерекшеліктері олардың спектр құрылымынан көрінеді. Атомдарға сызық-сызық болып көрінетін спектрлер тән. Олардын әрбір сызығы жеке-жеке, анық және әрқайсысы белгілі бір жиіліктегі жағдайды білдіреді. Демек, атомдардағы шығару спектрлері. электрондардын қоздырылған энергетикалық деңгсйден ңегізгіге ауысқан кезінде пайда болады. Ондағы тербелістің жиілігі квантталу шартымен анықталады: ү= (Е, — Е0) : һ; (\v — тербеліс жиілігі; Е{ — қоздырылған деңгейдегі электрон энергиясы; Е0 —негізгі деңгейдегі электрон энергиясы; һ — Планк тұрактысы).
Атомдық спектрмен салыстырғанда, толық молекулалық спектрлер әлдеқайда күрделі. Олар бір-біріне өте жақын, жиі тшті кейде бірігіп, бүтін бір жолақ болып көрінетін көптеген сызықтан тұрады. Мұндай спектрлер молекуладағы өте күрделі және көптеген құбылыстар мен өзгерістерді көрсетеді, мысалы, ядроның тербелуі және оның тепе-теңдік жағдайдан ауытқуы, электрондардың ауысуы, кванттық өзгерістер, т. б.


Сұрақтар

1. 
   Молекулалық спектрдің атомдық спектрден айырмашылығы неде?
   
2. 
   Молекулалардың энергетикалық деңгейлерінің құрылымы қандай?
   
3. 
   Молекулалық спектрлер спектрдің қандай аймақтарында байқалады?
   
4. 
   Молекуланың электрондық термдері қалай белгіленеді?
   
5. 
   Шредингер теңдеуін адиабаттық жуықтауда сутегі молекуласы үшін жазың