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考虑一个具有激发态吸收的吸收体。它具有三个能级E1、E2和E3,其中E1是基态,三个能级的统计权重相等,E3一E2=E2一E1=hv0。若有光强为I0,频率为中心频率v0的光入射,处于基态E1上的分子将吸收光能而跃迁到E2能级,激发态E2能级上的分子同样会吸收光能而跃迁到E3能级,这一现象称为激发态吸收。假设分子自E3能级跃迁到E2能级的几率极大,以致E3能级上的分子数密度n3≈0,E2能级的寿命为τ2, (1)求中心频率吸收系数β; (2)改变输入光强I0,可测出中心频率透射率T(I0),试问如何通过所测得的T(I0)求出中心频率吸收截面之比σ23/σ12。
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参考解答
正确答案:
(1)由稳态速率方程dn1/dt=(n2一n1)σ21I/hv0+n2/τ2=0(其中I为吸收体某处的频率为v0的光的光强)和n1+n2+n3≈n1+n2=n,求出n2=(nσ21I/hv0)/(2σ21I/hv0+1/τ2)及n1一n2=n/(1+I/Is),n2一n3≈n2=(1/2)n(I/Is)/(1+I/Is),其中Is=hv0/2σ21τ2=hv0/2σ12τ2。由此求出中心频率吸收系数β=(n2一n3)σ23+(n1一n2)σ12;(2)测出输入光强I0<<Is时的小信号透射率T0(T0=exp(一β0l)=exp(一nσ12l)),再测出I0>>Is时的透射率T。利用当I0>>Is时,β≈(1/2)nσ23,求得T=exp(一nσ23l/2)。由此可得σ23/σ12=2lnT/lnT0。
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