Квантовый дефект

Термин квантовый дефект относится к двум концепциям: потеря энергии в лазерах и уровни энергии в щелочных элементах . Оба имеют дело с квантовыми системами, в которых материя взаимодействует со светом.

В лазерной науке [ править ]

В лазерной науке термин « квантовый дефект » относится к тому факту, что энергия фотона накачки обычно выше, чем энергия сигнального фотона (фотона выходного излучения). Разница в энергии теряется на тепло, которое может уносить избыточную энтропию, создаваемую многомодовым некогерентным насосом.

Квантовый дефект лазера можно определить как часть энергии фотона накачки, которая теряется (не превращается в фотоны на длине волны генерации) в усиливающей среде при генерации . ^[1] На данной частоте из насоса и заданной частотой от генерации , квантового дефекта . Такой квантовый дефект имеет размерность энергии; для эффективной работы, температура от усиливающей среды (измеряется в единицах энергии) должна быть мала по сравнению с квантовым дефектом. ${\ displaystyle ~ \ omega _ {\ rm {p}} ~}$ ${\ displaystyle ~ \ omega _ {\ rm {s}} ~}$ ${\ Displaystyle ~ д = \ hbar \ omega _ {\ rm {p}} - \ hbar \ omega _ {\ rm {s}} ~}$

При фиксированной частоте накачки, чем выше квантовый дефект, тем ниже верхняя граница энергетической эффективности.

В водородных атомах [ править ]

В идеализированной модели щелочного атома Бора (такого как натрий, изображенный здесь) единственный электрон внешней оболочки остается вне ионного остова, и можно ожидать, что он будет вести себя так же, как если бы он находился на той же орбитали, что и атом водорода.

Квантовый дефект из щелочного атома относится к коррекции к уровням энергии , предсказанных классическому расчетом волновой функции водорода . Простая модель потенциала, испытываемого одиночным валентным электроном щелочного атома, состоит в том, что ионный остов действует как точечный заряд с эффективным зарядом e, а волновые функции являются водородными . Однако структура ионного остова изменяет потенциал на малых радиусах. ^[2]

1 / г потенциал в атоме водорода приводит к электронной энергии , заданной

{\ displaystyle E _ {\ text {B}} = - {\ dfrac {Rhc} {n ^ {2}}}}

,

где R - постоянная Ридберга , h - постоянная Планка, c - скорость света, а n - главное квантовое число .

Для атомов щелочных металлов с малым орбитальным моментом , то волновая функция валентного электрона не является пренебрежимо малой в ядре иона , где экранированный потенциал Кулона с эффективным зарядом е больше не описывает потенциал. Спектр по-прежнему хорошо описывается формулой Ридберга с квантовым дефектом, зависящим от углового момента, δ _l :

{\ displaystyle E _ {\ text {B}} = - {\ dfrac {Rhc} {(n- \ delta _ {l}) ^ {2}}}}

.

Наибольшие сдвиги происходят, когда орбитальный угловой момент равен 0 (обычно обозначается буквой s), и они показаны в таблице для щелочных металлов : ^[3]

Элемент	Конфигурация	n-δ _s	δ _s
Ли	2 с	1,59	0,41
Na	3 с	1,63	1,37
K	4 с	1,77	2,23
Руб.	5 с	1,81	3,19
CS	6 с	1,87	4,13

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ TYFan (1993). «Тепловыделение в Nd: YAG и Yb: YAG». Журнал IEEE по квантовой электронике . 29 (6): 1457–1459. Bibcode : 1993IJQE ... 29.1457F . DOI : 10.1109 / 3.234394 .
^ http://www.phy.davidson.edu/StuHome/joesten/IntLab/final/rydberg.htm , Ридбергские атомы и квантовый дефект на сайте Дэвидсоновского колледжа , физический факультет
^ CJFoot, Атомная физика, Oxford University Press, ISBN 978-0-19-850695-9

[LaserQD-1] TYFan (1993). «Тепловыделение в Nd: YAG и Yb: YAG». Журнал IEEE по квантовой электронике . 29 (6): 1457–1459. Bibcode : 1993IJQE ... 29.1457F . DOI : 10.1109 / 3.234394 .

[2] ttp://www.phy.davidson.edu/StuHome/joesten/IntLab/final/rydberg.htm , Ридбергские атомы и квантовый дефект на сайте Дэвидсоновского колледжа , физический факультет

[3] CJFoot, Атомная физика, Oxford University Press, ISBN 978-0-19-850695-9

[1]