一般，能级寿命 10-8 ∼ 10-9 s
如H原子 2p态 τ ∼ 0.16×10-8 s 3p态 τ ∼ 0.54×10-8s
J = L + S = 0 故原子组态为 1 S 0
取 S = 1 l1 = 0 l2 = 0 L = l1 + l2 = 0
高福J 斌= L + S = 1 故原子组态为
3S1
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第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
(3): 氦原子的1s2p电子组态
L 2S +1 J
生生 的
条条 件
1.2.2 原子状态的标记
原子中核外电子的排布要遵守： 泡利不相容原理 能量最低原理
1.泡利不相容原理 一个原子内不可能有两个或两个以上的电子
具有完全相同的状态 或说 一个原子内不可能有四个量子数完全
相同的电子 或说 不可能有两个或两个以上的电子处于
同一个量子态 电子填充各壳层的次序是：
s1
=
1 2
s2
=
1 2
S = s1 + s 2 = 1 或 S = s1 − s 2 = 0
l1 = 0 l 2 = 1 L = l1 + l 2 = 1 或 L = l1 + l 2 − 1 = 0
取L =1
S = 0 J =1
2S + 1 = 1 原子组态 1P1
S = 1 J = 2 ,1,0 2 S + 1 = 3
一般情况下，G5 、G6比较弱，可以忽略。 LS耦合—— G1 、G2 比G3 、G4强,只考虑G1 、G2 耦合. JJ耦合—— G3 、G4 比G1 、G2强,只考虑G3 、G4 耦合.
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第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
在 LS耦合中，两个轨道角动量 合成一个总轨道角动量，其量子数
与 激
的其它所有能级(相应状 2
光
态称激发态)
产
生生 的
基能级: 能量最低的能级
条条 件
(相应的状态称基态） 基态 1
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高福斌
第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
四个量子数
1.主量子数 n ( 1 , 2 , 3, ……)
决定粒子的内部能量值，对应于不同的主量子数， 依次用E0，E1，E2，… En表示不同能级的能量值。
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
1.2.4 辐射跃迁和非辐射跃迁
1.跃迁: 粒子由一个能级过渡到另一能级的过程
2.辐射跃迁: 粒子发射或吸收光子的跃迁(满足跃迁选择定则)
①发射跃迁: 粒子发射一光子ε = hv=E2－E1而由高能级跃
迁至低能级;
E2
ν = E2 − E1
h
E1
3.简并态—— 同一能级的各状态称简并态
例：计算氢原子的1s和2p态的简并度。
n =1
原子状态 n
l
ml
ms 简并度 s
1s
10
0
↑↓
g1=2
1 ↑↓
n=2
2p
21
0
↑↓
g2=6
s
P
-1 ↑↓
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第
章1 例：电子 n =3 态，有几种简并态？
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
2 S +1LJ S=s1 + s2 或 s1 - s2
J= L+S, L+S-1…… |L-S|
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第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
例:氦原子的几个不同电子组态的原子态 (1): 氦原子的1s1s电子组态
L 2S +1 J
s1
=
1 2
s2
=
1 2
取S = 0
第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
3.原子的电子组态符号
相同 n, l 组成一个支壳层 对应于l = 0, 1, 2, 3,…的各支壳层 分别记做 s, p, d, f, g, h… 例: 钠原子有11个核外电子,钠原子基态的电子组态为
1s2 2s2 2p6 3s
1s2 2s2 2p6
S = s1 + s2 = 1 或
S = s1 − s2 = 0
l1 = 0 l2 = 0 L = l1 + l2 = 0 J = L + S = 0 故原子组态为1S0
(2): 氦原子的1s2s电子组态
s1
=
1 2
s2
=
1 2
S = s1 + s 2 = 1或 S = s1 − s 2 = 0
取 S = 0 l1 = 0 l2 = 0 L = l1 + l2 = 0
第
章1 3. 磁量子数m（l 表征电子的运动状态）
辐辐 射
轨道角动量在外磁场
H
理 方向的分量(投影)： 论
L
Lz
概
要 与
Lz = ml=
激
光
产 生生
的
磁量子数
ml = 0，±1， ± 2，… , ± l
条条
件
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第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
L = l(l +1（) =表征电子的L运z 动=状m态l=）
生生 的
条条 件
讨论(设g i= g j) : (1) 如果E2 - E1很小, 且满足 △E = E2 - E1 << kT , 则
n2 = e−(E2 −E1 ) / kT = 1
E2
n1
E1
(2) 因E2＞E1,一般有n2＜n1(因为g1和g2为同一数量级即 g1≈g2) ，即 热平衡状态下, 高能级上的粒子数密度总是较小。
条条 件
l=0 3s ml=0 l=1 3p ml=0, ±1 l=2 3d ml=0 , ±1 , ±2
ms=±1/2 ms=±1/2 ms=±1/2
g=2 g=6 g=10
n=3
sp
d
n −1
一般结论: 简并态 Zn = ∑ (2l +1) × 2 = 2n2 l=0
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第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
ml = 0，±1， ± 2，… , ± l
例如：l = 2 角动量大小是
L = 2(2 + 1) = = 6 =
z方向分量有：2l+1 = 5 种取值
ml = 0
Lz = 0
ml = 1
Lz = =
ml = −1
Lz = −=
ml = 2
ml = −2
高福斌
Lz = 2= Lz = −2=
Lz z
SZ = ms=
自旋磁量子数： ms = ±1/2
SZ
=
±
1= 2
SZ
=
±
1 2
=
电子自旋角动量在 外磁场中的取向
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第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
简并 简并态
1.简并 —— 与同一能级对应的有两个或以上的状态
2.简并度 g ——同一能级所对应的不同电子运动状 态的数目。
论 概
玻尔理论的一个能级，对 3
要 应于电子的一种轨道
与
2
激
量子力学的一个能级，则对
光 应于电子的一种状态 产
生生 的
条条
每个状态用量子数 n, l, ml , ms 来描述
件
高福斌
1
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第
n
章1
辐辐 射
能级:粒子的内部能量值，依 6
次用E1，E2，… En表示。
5 4
理 论
激发态
3
概 要
激发能级: 能量高于基能级
这10电子称原子实。原子实以外 的电子称为价电子，可以被激发
n≥3的激发态的钠原子电子组态为
(1s2 2s2 2p6 3p) (1s2 2s2 2p6 3d) (1s2 2s2 2 p6 4s) 等等
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第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
4. 原子态的标记
由于原子中电子的轨道角动量与自旋角动量之间的相互 作用，原子的同一电子组态可以形成不同的原子组态。（以 两个电子为例来说明）
原子组态 3 , 3 P1 , 3 P2
氦原子部分能级图
3 P0
1 P1
1s2 p
1S0
1s2s
3 P1 3 P2
20.55ev
3S1
19.77ev
1S0
1s1s
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高福斌
第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
5.辐射跃迁选择定则
(1).跃迁只能发生在不同的宇称态之间; (2). △J=0 ,±1 (0→0除外)
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第
章1
辐辐 射 理 论 概 要 与 激 光 产
生生 的
条条 件
1.2.3 玻尔兹曼分布
根据统计规律性，大量原子所组成的系
统在热平衡状态下, 原子数按能级分布服从
波尔兹曼定律，即处于某一能级Ei 的粒子数