La polarización de la Luz y de Excitación Atómica

Question

¿Cómo atómico de transición entre la tierra y estados excitados dependen de la dirección de polarización de la luz incidente?

Answer 1

Una transición electrónica se caracteriza por su momento dipolar de Transición. Para ponerlo simple, es un vector que indica la dirección y la magnitud de los electrones de la nube de desplazamiento. La probabilidad de interacción de un fotón es proporcional al producto por un escalar de la transición momento dipolar y la polarización de fotones. Transiciones electrónicas con cero dipolo de momento, están llamados prohibido.

Desde el átomo es esféricamente simétrica, no hay ninguna dirección dada y la transición momento dipolar puntos en todas partes. Por lo tanto, no habrá preferencia a la polarización de la luz. Sin embargo, puede imponer una dirección, por ejemplo, mediante la aplicación de un campo eléctrico. A continuación, el momento dipolar de transición será orientado y la interacción con la luz dependerá de su polarización.

Answer 2

Realmente no se puede hablar de la relación entre excitado del átomo de estados de entrada y de polarización de la luz: la atómica de los estados son lo que son, independientes de la luz entrante. Sin embargo, las diferentes transiciones entre los estados atómicos pueden tener amplitudes de probabilidad que depende de la luz entrante de la polarización: es fácil ver que los electrones en una unión molecular va a interactuar más fuertemente con un campo eléctrico alineado con el bono.

Si usted está hablando sobre la entrada de la luz provocando la emisión de fotón, así que la emisión estimulada, y básicos de simetría consideraciones muestran que la luz emitida de la polarización debe estar alineada con la de la luz entrante. Ver la página de la Wikipedia sobre la emisión estimulada y también la hyperphysics páginas en los mismos temas y también en el de Einstein a y B los coeficientes.

Pensar acerca de lo que ocurre cuando la luz se pone átomos/moléculas en estados excitados y, a continuación, los átomos/moléculas espontáneamente emiten luz en algún momento después, uno aplica los principios de conservación de la energía, el impulso y el momento angular de la luz/atom/sistema de entorno como un todo. La polarización de las relaciones son acerca de la conservación de momento angular. Para entender esta última afirmación, véase, por ejemplo, el capítulo llamado "momento Angular" en el tercer volumen de "the Feynman lectures on physics". ¿Qué significa esto prácticamente? Pensamos en tres casos diferentes:

1. En un medio ópticamente transparente, los fotones son absorbidos por los electrones y el último emite nuevos fotones en su lugar de forma casi instantánea (dentro de femtosegundos o menos). Hay poco que no hay tiempo para que los electrones interactúan con los átomos y las moléculas alrededor de ellos entre la emisión y la absorción. Por lo tanto, la emisión de fotones deben tener exactamente la misma longitud de onda (correspondiente a la conservación de la energía), dirección (correspondiente a la conservación del momento ) y la polarización (correspondiente al momento angular de la conservación)como los fotones entrantes, y la media del efecto de la luz es simplemente uno de demora, por lo que el medio está modelada por un índice de refracción, es decir, la velocidad de la luz de un factor de escala.

2. Hay una pequeña excepción a proceso (1) en birrefringentes medios. El proceso es casi el mismo, pero hay algunas de transferencia de momento angular por la absorción de electrones en torno a los atom/moléculas/medio ambiente. La luz de la polarización de los cambios de estado, y a su vez la luz y medio de ejercer un minuto par - el impulso angular - el uno en el otro.

3. Por último hemos de fluorescencia. La absorción, excitado de un átomo/molécula de "espera" mucho tiempo antes de la emisión espontánea: normalmente nanosegundos, puede ser tan largo como milisegundos En que tiempo se puede interactuar en el medio está impregnada en su entorno. Por lo tanto la energía, el impulso, el momento angular de las relaciones son complicadas:

   • Energía: casi siempre Hay un Stokes shift con fluorescencia: estado en el que el átomo/molécula fluorescente de puede ser menor que el estado del átomo/módulo fue planteada por primera vez por la luz entrante. Por otra parte, el átomo/molécula no puede brillar plenamente a la tierra del estado. (Ver mi dibujo de abajo, la cual tipifica la fluoresceína es decir, "verde fluor pluma de tinta"). Las pérdidas de energía significa que la absorción o fluorescencia proceso de transferencias de vibración de la energía y de calor para el atom/sistema de entorno.

   • Impulso lineal: durante una vida de fluorescencia el átomo/molécula puede tener en contra de su medio circundante y viceversa, por lo que el impulso es transferido para el medio ambiente. Por lo tanto, casi siempre hay poca relación entre la luz entrante de la dirección y de la fluorescencia;

   • Momento Angular: interacciones entre átomos, moléculas y su entorno tienden a no involucrar a la par tanto como lo hacen de impulso de la transferencia. Esto es intuitivamente razonable: las fuerzas tiende a ser dirigido a lo largo de la línea entre los centros de masa. Sin embargo, hay algunos de par y el ángulo de impulso, especialmente para el curso de la vida largo fluoróforos. Por lo tanto, de polarización de fluorescencia tiende a ser bastante fuertemente correlacionada con la de la luz entrante, pero no es definitivo despolarización así. Un factor adicional que tiende a mantener la fluorescencia y la luz entrante polarización bastante bien correlacionada es que el momento angular está cuantizado, mientras que el momento lineal es no. Simple pensar que usted puede pensar a lo largo de las líneas que angulares impulsos debe llegar a una definitiva $\pm\hbar$ umbral antes de que se conviertan en reales transferencias.