Какой провал

Термин «квантовый дефект» относится к двум понятиям: потерям энергии в лазерах и уровням энергии в щелочных элементах . Оба имеют дело с квантовыми системами, в которых материя взаимодействует со светом.

В лазерной науке

В лазерной науке термин « квантовый дефект » относится к тому факту, что энергия фотона накачки обычно выше энергии сигнального фотона (фотона выходного излучения). Разница в энергии теряется в виде тепла, которое может унести избыточную энтропию, доставляемую 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 заданной частоте $\omega _{\rm {p}}$ насоса частоты и заданной $\omega _{\rm {s}}$ лазерного излучения , квантовый дефект $q=\hbar \omega _{\rm {p}}-\hbar \omega _{\rm {s}}$ . Такой квантовый дефект имеет энергетические измерения; для эффективной работы температура усиливающей среды (измеряется в единицах энергии) должен быть мал по сравнению с квантовым дефектом.

Квантовый дефект также можно определить следующим образом: на данной частоте $\omega _{\rm {p}}$ насоса частоты и заданной $\omega _{\rm {s}}$ лазерного излучения , квантовый дефект $q=1-\omega _{\rm {s}}/\omega _{\rm {p}}$ ; согласно этому определению, квантовый дефект безразмерен. ^{[ нужна ссылка ]} При фиксированной частоте накачки, чем выше квантовый дефект, тем ниже верхняя граница энергетической эффективности.

В водородных атомах

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

Квантовый дефект относится щелочного атома к поправке к энергетическим уровням, предсказанной классическим расчетом волновой функции водорода . Простая модель потенциала, испытываемого единственным валентным электроном щелочного атома, состоит в том, что ионное ядро действует как точечный заряд с эффективным зарядом e , а волновые функции являются водородными . Однако структура ионного ядра изменяет потенциал на малых радиусах. ^[2]

Потенциал 1/ r определяемой в атоме водорода приводит к электрона, энергии связи выражением $E_{\text{B}}=-{\dfrac {Rhc}{n^{2}}},$ где $R$ – постоянная Ридберга , $h$ постоянная Планка, $c$ это скорость света и $n$ — главное квантовое число .

Для щелочных атомов с малым орбитальным угловым моментом валентного волновая функция электрона незначительна в ядре иона, где экранированный кулоновский потенциал с эффективным зарядом e больше не описывает потенциал. Спектр по-прежнему хорошо описывается формулой Ридберга с квантовым дефектом, зависящим от углового момента: $\delta _{l}$ : $E_{\text{B}}=-{\dfrac {Rhc}{(n-\delta _{l})^{2}}}.$

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

Элемент	Конфигурация	$n-\delta _{s}$	$\delta _{s}$
Что	2 с	1.59	0.41
Уже	3 с	1.63	1.37
К	4 с	1.77	2.23
руб.	5 с	1.81	3.19
Cs	6 с	1.87	4.13

См. также

Ссылки

^ ТАЙФан (1993). «Выделение тепла в Nd:YAG и Yb:YAG». Журнал IEEE по квантовой электронике . 29 (6): 1457–1459. Бибкод : 1993IJQE...29.1457F . дои : 10.1109/3.234394 .
^ http://www.phy.davidson.edu/StuHome/joesten/IntLab/final/rydberg.htm. Архивировано 14 марта 2007 г. в Wayback Machine , «Атомы Ридберга и квантовый дефект» на сайте колледжа Дэвидсона , физический факультет.
^ CJFoot, Атомная физика, Oxford University Press, ISBN 978-0-19-850695-9

[LaserQD-1] ТАЙФан (1993). «Выделение тепла в Nd:YAG и Yb:YAG». Журнал IEEE по квантовой электронике . 29 (6): 1457–1459. Бибкод : 1993IJQE...29.1457F . дои : 10.1109/3.234394 .

[2] ttp://www.phy.davidson.edu/StuHome/joesten/IntLab/final/rydberg.htm. Архивировано 14 марта 2007 г. в Wayback Machine , «Атомы Ридберга и квантовый дефект» на сайте колледжа Дэвидсона , физический факультет.

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

[1]

[2]

[3]