Defekt kwantowy

Termin defekt kwantowy odnosi się do dwóch pojęć: utraty energii w laserach i poziomów energii w pierwiastkach alkalicznych . Oba dotyczą kwantowych , w których materia oddziałuje ze światłem.

W nauce o laserach

W naukach o laserach termin „ defekt kwantowy ” odnosi się do faktu, że energia fotonu pompującego jest na ogół wyższa niż energia fotonu sygnałowego (fotonu promieniowania wyjściowego). Różnica energii jest tracona na ciepło, które może przenosić nadmiar entropii dostarczanej przez niespójną pompę wielomodową.

Defekt kwantowy lasera można zdefiniować jako część energii fotonu pompującego, która jest tracona (nie zamieniana na fotony przy długości fali lasera) w ośrodku wzmacniającym przy laserze . Przy danej częstotliwości $p$ i danej częstotliwości lasera , defekt kwantowy $\ Displaystyle \ omega _ {\$ } ${\ Displaystyle q = \ hbar \ omega _ {\ rm {p}} - \ hbar \ omega _ {\ rm {s}}}$ . Taki defekt kwantowy ma wymiar energetyczny; dla wydajnej pracy temperatura ośrodka wzmacniającego (mierzona w jednostkach energii) powinna być mała w porównaniu z defektem kwantowym.

Przy stałej częstotliwości pompy, im wyższy defekt kwantowy, tym niższa jest górna granica sprawności energetycznej.

W atomach wodoru

W wyidealizowanym atomie alkalicznym modelu Bohra (takim jak sód, pokazany tutaj) pojedynczy elektron na zewnętrznej powłoce pozostaje poza rdzeniem jonowym i można by oczekiwać, że będzie zachowywał się tak, jakby znajdował się na tej samej orbicie atomu wodoru.

Defekt kwantowy atomu alkalicznego odnosi się do korekty poziomów energii przewidywanych przez klasyczne obliczenie funkcji falowej wodoru . Prostym modelem potencjału doświadczanego przez pojedynczy elektron walencyjny atomu alkalicznego jest to, że rdzeń jonowy działa jak ładunek punktowy o efektywnym ładunku e , a funkcje falowe są wodorowe . Jednak struktura rdzenia jonowego zmienia potencjał przy małych promieniach.

Potencjał 1/ r przez w atomie wodoru prowadzi do energii wiązania elektronów określonej

{\ Displaystyle E _ {\ tekst {B}} = - {\ dfrac {Rhc} {n ^ {2}}},}

gdzie jest

stałą

,

jest

stałą

Plancka , jest prędkością i jest liczbą

.

_

W przypadku atomów alkaliów o małym orbitalnym momencie pędu funkcja falowa elektronu walencyjnego jest nie do pominięcia w rdzeniu jonowym, gdzie ekranowany potencjał kulombowski z efektywnym ładunkiem e nie opisuje już potencjału. Widmo jest nadal dobrze opisane wzorem Rydberga z defektem kwantowym zależnym od momentu pędu: ${\ displaystyle \ delta _ {l}}$ :

{\ Displaystyle E _ {\ tekst {B}} = - {\ dfrac {Rhc} {(n- \ delta _ {l}) ^ {2}}}.}

Największe przesunięcia występują, gdy orbitalny moment pędu jest równy 0 (zwykle oznaczany jako „s”) i są one pokazane w tabeli dla metali alkalicznych :

Element	Konfiguracja	${\ Displaystyle n- \ delta _ {s}}$	${\ Displaystyle \ delta _ {s}}$
Li	2s	1,59	0,41
Na	3s	1,63	1.37
k	4s	1,77	2.23
Rb	5s	1,81	3.19
Cs	6s	1,87	4.13

Zobacz też