Бакалавриат
2022/2023
Введение в лазерную спектроскопию
Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»
Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»
Статус:
Курс по выбору (Физика)
Направление:
03.03.02. Физика
Где читается:
Факультет физики
Когда читается:
3-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения:
без онлайн-курса
Охват аудитории:
для своего кампуса
Преподаватели:
Козлов Дмитрий Николаевич
Язык:
русский
Кредиты:
3
Контактные часы:
48
Программа дисциплины
Аннотация
Энергии и термы атомов и молекул. Характерные энергии движений в атомах и молекулах. Модели атома Резерфорда и Бора. Атом водорода в моделях Бора и Шрёдингера. Строение молекул. Молекула водорода. Энергия изолированной молекулы. Модель гармонического осциллятора. Ангармонизм. Колебательные термы двухатомной молекулы. Классический линейный ротатор. Вращательные термы и вращательные постоянные двухатомной молекулы. Колебания многоатомных молекул. Нормальные координаты и колебания, число нормальных колебаний. Валентные и деформационные колебания. Вращательные термы многоатомной молекулы; сферический, симметричный и асимметричный волчок. Упругие и неупругие столкновения молекул. Средние расстояния между молекулами, длина свободного пробега и среднее время между столкновениями молекул в газе. Взаимодействие излучения с веществом и спектры. Уравнения Максвелла. Диэлектрическая проницаемость и показатель преломления; дисперсия показателя преломления (мнимая и действительная части). Формула Планка для теплового излучения. Излучение абсолютно твердого тела. Спонтанное и вынужденное излучение, поглощение. Плотность потока фотонов в падающей волне. Сечения вынужденного излучения и поглощения. Коэффициент поглощения. Однородное уширение линий (лоренцевский контур). Неоднородное уширение линий (допплеровское уширение, гауссовский контур). Заселенность уровней энергии. Вероятность радиационных переходов между электронно-колебательно-вращательными уровнями энергии молекул. Структура спектра, Р-, Q- и R-ветви. Правила отбора. Переходы между колебательными уровнями энергии. Структура спектра колебательно-вращательных полос двухатомных и многоатомных молекул, Р-, Q- и R -ветви отдельного колебательного перехода. Правила отбора. Переходы между вращательными уровнями энергии. Правила отбора. Лазеры и лазерное излучение для спектроскопии. Физические принципы работы, основные элементы и классификация лазеров. Основные свойства лазерного излучения: пространственная когерентность; направленность пучка; временная когерентность; высокая спектральная яркость. Типы и устойчивость резонаторов. Поперечные моды излучения в резонаторе и методы их селекции. Гауссовы пучки и их параметры. Монохроматичность лазерного излучения. Контроль поляризации излучения. Генерация импульсов лазерного излучения и управление их длительностью. Лазеры, наиболее часто используемые для спектроскопии. Принцип работы и примеры схем. Основные методы лазерной спектроскопии и области их использования. Классическая и лазерная спектроскопия поглощения, ограниченная допплеровским уширением. Преимущества использования перестраиваемых лазеров в спектроскопии. Лазерная ИК-спектроскопия поглощения с применением полупроводниковых лазеров. Спектроскопии лазерного возбуждения флуоресценции. Фотоакустическая спектроскопия. Спектроскопия лазерно-индуцированной флуоресценции. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) света.
Цель освоения дисциплины
- Целями освоения дисциплины Основы лазерной спектроскопии атомов и молекул" являются: формирование у студентов базовых профессиональных компетенций в области структуры спектров энергетических состояний атомов и молекул, строения и характеристик различных типов оптических спектров, физики лазеров, свойств лазерного излучения и методов управления его параметрами физики взаимодействия лазерного излучения с веществом, методов лазерной спектроскопии; приобретение студентами навыков самостоятельной работы - формирование у студентов подходов, основанных на полученных знаниях, позволяющих планировать и проводить научные исследования анализировать полученные результаты; - развитие у студентов умений, позволяющих формулировать требования к предполагаемым экспериментам по лазерной спектроскопии и проводить качественные и количественные оценки их результатов
Планируемые результаты обучения
- Применяет физические методы теоретического и экспериментального исследования, методы математического анализа и моделирования для постановки задач по развитию, внедрению и коммерциализации новых наукоемких технологий.
- Представляет результаты проведенных физико-математических и прикладных исследований в виде конкретных рекомендаций, выраженных в терминах предметной области
Содержание учебной дисциплины
- общие представления о лазерной спектроскопии как направлении исследований - взаимодействие излучения с веществом и спектры - лазеры и лазерное излучение для спектроскопии; - с войства лазерного излучения
- энергии и термы атомов и молекул
