Atomübergänge und Dichte: Klärung

Ein Laser passiert eine Zelle, die Dampf eines alkalischen Elements enthält, das atomare Übergänge verursacht. Mir wurde gesagt, dass die Formel für die Atomdichte in einer Rubidium-Zelle zum Beispiel gegeben ist durch:

N = − 1 σ L ln ⁡ ICH ICH 0
Wo:

  • σ ist der Wirkungsquerschnitt und umgekehrt proportional zur Temperatur T

  • L ist die Zellenlänge

  • ICH / ICH 0 ist die Signalübertragung auf den Spitzen

Aber ich habe einige Fragen:

  1. Entspricht „atomare Dichte“ „Atomen in einer Volumeneinheit, die am Prozess der stimulierten Emission teilnehmen“?

  2. Ist σ der Querschnitt für einen bestimmten Übergang? (zum Beispiel der Rubidium-Übergang D 2 )

  3. N hängt von der Temperatur ab. Liegt das daran, dass die Atomelektronen bei höherer Temperatur mehr Energie haben und mehr äußere Ebenen einnehmen können?

  4. Wird die Zelle mit blauem Licht beleuchtet, werden die Peaks tiefer (Light-induced atomic desorption (LIAD) effect) und mit T Konstante, N nimmt einen höheren Wert an. Im Allgemeinen heften sich einige Rubidium-Atome an Zellwände und blaues Licht gibt ihnen Energie, um „frei“ zu sein. N wird in Relation zu den Atomen berechnet, die effektiv den atomaren Übergang vollziehen (dank Peaks Depth und Sigma, ist es richtig?) und die Atome, die an den Wänden befestigt sind, werden nicht gezählt. Ist es richtig? Blaues Licht erlaubt es also, (einem Teil) unbefestigten Atomen den Übergang zu geben und mitgezählt zu werden N . Wahrscheinlich ist diese Argumentation verwirrend, ich versuche, auf die Frage zu antworten: "Warum sind die Spitzen tiefer und N höher, wenn ich blaues Licht verwende?"

Antworten (1)

1) entspricht "atomare Dichte" "Atome in einer Volumeneinheit, die am stimulierten Emissionsprozess teilnehmen"?

"Atomdichte" bedeutet die Anzahl der gesamten Rubidiumatome pro Gasvolumen, nicht nur die, die zufällig am Absorptions-/Emissionsprozess beteiligt waren.

2) ist σ der Querschnitt für einen bestimmten Übergang? (zum Beispiel der Rubidium-Übergang D 2 )

Ja, es ist der Querschnitt bei dieser bestimmten Laserwellenlänge und Gastemperatur/Druck/Konzentration.

3) N hängt von der Temperatur ab. Liegt das daran, dass bei höherer Temperatur die Atomelektronen mehr Energie haben und mehr äußere Ebenen einnehmen können?

Eigentlich, N ist temperaturunabhängig, da sich in der Zelle immer gleich viele Rb-Atome pro Volumen befinden, egal wie heiß es ist. Während σ von der Temperatur abhängt, wird dies durch die Temperaturabhängigkeit von ausgeglichen ICH .

Das mag verwirrend erscheinen, hat aber eine einfache Erklärung: Mit steigender Temperatur sinkt σ weil die Linienbreite des Übergangs zunimmt (aufgrund einer Mischung aus Doppler- oder Druckverbreiterung). Das bedeutet aber auch ICH abnehmen, da der Absorptionsquerschnitt abnimmt.

Alternativ können Sie dies daran erkennen, dass die Gleichung

N = − 1 σ L l N ICH ICH 0
ist nur eine Neuordnung des Beerschen Gesetzes (aus der Chemie der High School):
ICH = ICH 0 e − L N σ
Wo N ist die Anzahl der Atome pro Volumen, eine Konstante.

BEARBEITEN: Basierend auf einem Link, den Sunrise in den Kommentaren gegeben hat, ist das Setup tatsächlich eine Zelle mit überschüssigem festem Rb, die erhitzt wird, um einen Dampfdruck zu ergeben. Also in diesem Setup, N ist nicht konstant, sondern hängt vom Dampfdruck des Feststoffs/Flüssigkeit Rb als Funktion der Temperatur ab. Es hat also nichts mit den atomaren Elektronen und Ebenen zu tun, sondern stammt aus der Hochschulchemie.

4) Wenn die Zelle mit blauem Licht beleuchtet wird, sind die Peaks tiefer (LIAD-Effekt) und – unter Beibehaltung von T konstant – nimmt N einen höheren Wert an. Im Allgemeinen greifen einige Rubidiumatome Zellwände an und blaues Licht gibt ihnen Energie, um "frei" zu sein. N wird in Relation zu den Atomen berechnet, die effektiv den atomaren Übergang vollziehen (dank Peaks Depth und Sigma, ist es richtig?) und die Atome, die an den Wänden angegriffen werden, werden nicht gezählt. Ist es richtig? Blaues Licht erlaubt es also, (ein Teil von) Ex-angegriffenen Atomen den Übergang zu geben und in N gezählt zu werden. Wahrscheinlich ist diese Argumentation verwirrend, ich versuche, auf die Frage zu antworten, "warum die Spitzen tiefer sind und N höher ist, wenn Ich benutze blaues Licht?"

Wenn Sie blaues Licht auf die Zelle richten, wird festes Rb an den Zellwänden abgeschlagen und geht in die Dampfphase über N erhöht sich. Daher ICH nimmt ab (da mehr Rb-Atome den Laser absorbieren), wodurch die Absorptionsspitzen tiefer werden.

Danke, ich habe deine Erklärung verstanden, aber wie kann N eine Konstante sein? cfa.harvard.edu/~dphil/work/rbmaser/masernotes.pdf
@sunrise: In Ihrer Frage haben Sie nicht erwähnt, dass der Rb-Dampf durch ein Fest-Gas-Gleichgewicht über festem Rb erzeugt wurde, also nahm ich an, dass Ihre Zelle ein geschlossenes System war, in dem die Temperatur über dem Punkt lag, an dem alle Rb wäre in der Dampfphase, wie es manchmal bei Brennstoffzellen der Fall ist. Bei dem von Ihnen bereitgestellten Link ist dies jedoch nicht der Fall; In der CPT-Uhr, auf die Sie sich beziehen, wird überschüssiges festes Rb verwendet, sodass eine Temperaturabhängigkeit besteht N (Dies ist ein gutes Beispiel dafür, warum Sie sicherstellen müssen, dass Sie ausreichende Hintergrundinformationen liefern, bevor Sie eine Frage stellen).
Es tut mir Leid. Sie gaben mir keine detaillierten Informationen über "Rubidium-Zelle", sie sagten, "im Netz finden Sie Daten über Dichte und Temperatur".
@sunrise: Ah ok, das ist in Ordnung. Können Sie die Zelle sehen oder ist sie im Gerät versteckt? Wenn Sie es sehen können, können Sie vielleicht (?) sehen, ob es solides Rb enthält. Alternativ könnten Sie den Laborleiter fragen, ob die Zelle festes Rb mit Rb-Dampf im Gleichgewicht darüber verwendet. Aber ja, wenn ein solides Rb vorhanden ist, dann N hängt von der Temperatur ab (denn beim Erhitzen verwandelt sich ein Teil des festen Rb in Gas, das vom Laser erkannt wird).
Ok, danke, ich werde danach fragen! :) Ich habe gerade die Frage aktualisiert. Wenn Sie die letzte Frage beantworten könnten, wäre ich Ihnen sehr dankbar!
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