Nghiên cứu các trạng thái kích thích 1 II và 1∑+ của phân tử nali bằng phương pháp phổ đánh dấu phân cực luận văn thạc sỹ vật lý

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

BÙI CÔNG NGUYÊN

NGHIÊN CỨU CÁC TRẠNG THÁI
KÍCH THÍCH 1n VÀ 1z+ CỦA PHÂN TỬ
NALI BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ ĐÁN
DẤU PHÂN CỰC
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

VINH , 2011


2

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu sau đại học tại trường Đại học Vinh,
tôi đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức phong phú và bổ ích nhờ sự giúp đỡ
nhiệt tình từ các Thầy giáo, Cơ giáo và các cán bộ khác của Trường Đại học
Vinh. Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc trước tinh thần giảng dạy hết
sức tận tâm và có trách nhiệm của các Thầy, Cô giáo đặc biệt là Thầy giáo
PGS-TS Vũ Ngọc Sáu, Thầy đã giúp tôi định hướng đề tài, chỉ dẫn tận tình
chu đáo và dành nhiều công sức cũng như cả sự ưu ái cho tơi trong suốt q
trình hồn thành luận văn.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban chủ nhiệm Khoa Vật lý, Ban
chủ nhiệm Khoa Đào tạo sau đại học đã tạo cho tôi môi trường học tập và
nghiên cứu thuận lợi nhất.
Xin cảm ơn tập thể lớp Cao học 17-Quang học đã san sẻ vui, buồn cùng

tôi vượt qua những khó khăn trong học tập.
Với tình cảm trân trọng, tơi xin gửi tới gia đình, những người thân u
nhất và bạn bè đã giúp đỡ, động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi học
tập và nghiên cứu.
Vinh, tháng 10 năm 2011
Bùi Công Nguyên


3

MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Mục lục

Trang

Mở đầu............................................................................................................. 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU
TRÚC PHỔ PHÂN TỬ DÙNG KỸ THUẬT PHỔ PHI TUYẾN
1.1. Bơm quang học.........................................................................................6
1.2. Kỹ thuật phổ đánh dấu phân cực.............................................................12
1.2.1. Nguyên lí cơ bản........................................................................12
1.2.2. Biên độ của tín hiệu phân cực.....................................................13
1.2.3. Cường độ tỉ đối của các vạch phổ ..............................................15
1.3. Kỹ thuật cộng hưởng kép quang học........................................................18
Kết luận chương 1...........................................................................................19
CHƯƠNG 2:

KHẢO SÁT CÁC TRẠNG THÁI KÍCH THÍCH BẬC CAO

CỦA NaLi BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC
2.1. Một số vấn đề về cấu trúc phổ phân tử hai nguyên tử..............................20
2.1.1. Phân loại các trạng thái điện tử của phân tử...............................20
2.1.2. Tương quan giữa trạng thái phân tử với trạng thái nguyên
tử.....................................................................................................................22
2.2. Khảo sát các trạng thái kích thích bậc cao của NaLi................................24


4

2.2.1. Phân tử hai nguyên tử NaLi kích thích bậc cao..........................24
2.2.2. Kết quả thực nghiệm.................................................................. 25
2.2.3. Các trạng thái kích thích bậc cao của NaLi............................... 27
2.2.3.1. Trạng thái 1  ..............................................................28
2.2.3.2. Trạng thái  ..........................................................32
1



2.2.3.3. So sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm.........................35
Kết luận chương 2 ..........................................................................................40
Kết luận chung ...............................................................................................41
Tài liệu tham khảo ..........................................................................................42

MỞ ĐẦU


5

Trước đây phần lớn hiểu biết của chúng ta về cấu trúc các phân tử đều

dựa trên các phép đo quang phổ bằng cách quan sát phổ phát xạ hoặc hấp thụ
của chúng. Dựa vào số liệu phổ được quan sát ( bước sóng, vị trí, cường độ,
độ rộng vạch phổ) ta có thể tiên đốn được các tính chất vật lí và hóa học của
phân tử cũng như tính chất của môi trường tạo nên từ các phân tử này. Đồng
thời, khi biết cấu trúc ta có thể dự đốn được các q trình động học của phân
tử ở các điều kiện mơi trường khác nhau (điều kiện kích thích, mơi trường
bao quanh). Vì vậy nghiên cứu cấu trúc phân tử đóng vai trị quan trọng trong
nhiều lĩnh vực như Vật lí, Hóa học, Sinh học...
Nghiên cứu cấu trúc phân tử thường gặp nhiều khó khăn do tính phức
tạp trong tương tác giữa các điện tử và với các hạt nhân ngun tử. Trên
phương diện lí thuyết, bài tốn hệ nhiều hạt này chỉ có thể giải bằng phương
pháp gần đúng. Đặc biệt là áp dụng trong các hệ phân tử phức tạp như các
phân tử hai nguyên tử ( NaLi; NaK...) .
Một trong những phương pháp nghiên cứu quang phổ hiện đại là dùng
kỷ thuật phổ đánh dấu phân cực. Phương pháp “phổ đánh dấu phân cực” đã
được đưa vào nghiên cứu từ những năm 90. Ngày nay việc đi sâu tìm hiểu,
nghiên cứu phương pháp này trên các mơ hình phân tử cụ thể là việc làm
quan trọng của ngành nghiên cứu quang phổ học và quang phi tuyến. Thông
qua phương pháp phổ đánh dấu phân cực ta có thể giải thích được các trạng
thái kích thích bậc cao của phân tử hai nguyên tử.
Vì vậy , chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu các trạng thái kích thích 1
 1  + của phân tử NaLi bằng phương pháp phổ đánh dấu phân cực”
làm đề tài luận văn nghiên cứu của mình.
Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:
+ Trên cơ sở lý thuyết của Quang học phi tuyến và Quang phổ học đi sâu
tìm hiểu phương pháp phổ đánh dấu phân cực. Ứng dụng phương pháp phổ
đánh dấu phân cực để giải thích cấu trúc phân tử NaLi.
+ Ứng dụng phương pháp trên để giải thích các trạng thái kích thích bậc
cao 1  và 1 

+

của phân tử hai nguyên tử NaLi.


6

+ So sánh các kết quả từ thực nghiệm với cơ sở lý thuyết trong phân tử
NaLi kích thích bậc cao.
Luận văn được trình bày trong hai chương, bao gồm:
Chương 1: Phương pháp nghiên cứu cấu trúc phổ phân tử dùng kỹ
thuật phổ đánh dấu phân cực: Chương này tập trung nghiên cứu những vấn
đề sau:
+ Những nội dung chủ yếu của phương pháp phổ đánh dấu phân cực trong
các phép đo và phân tích phổ phân tử.
+ Kết hợp với sự tương tác của các trạng thái bức xạ phân tử trong môi
trường cộng hưởng kép quang học ở trong kỹ thuật phổ đánh dấu phân cực.
Từ đó cho phép xác định phổ phân tử một cách đơn giản phù hợp với mục
đích nghiên cứu.
Chương 2: Nghiên cứu phân tử NaLi ở các trạng thái kích thích bậc
cao, (1 

1

 +). Những kết quả thu được là:

+ Đưa ra được sơ đồ nghiên cứu phổ phân tử NaLi ở kích thích bậc cao
dựa trên phương pháp phổ phân cực.
+ Các kết quả thu được từ thực nghiệm: Các sơ đồ đánh dấu trạng thái thế
năng phụ thuộc vào các số lượng tử dao động và số lượng tử quay.

+ So sánh với các kết quả thu được từ thực nghiệm kiểm chứng với các kết
quả dự đoán lý thuyết.
+ Phương pháp phổ đánh dấu phân cực là một trong những thành tựu đo
phổ của những thập niên cuối thế kỷ XX là phương pháp hiện đại dựa trên lí
thuyết quang phổ phân tử và quang phi tuyến. Với kết quả thực nghiệm về
phân tử NaLi ở trên khẳng định thêm về tính đúng đắn của phương pháp này


7

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC PHỔ
PHÂN TỬ DÙNG KỸ THUẬT PHỔ ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC
1.1 Bơm quang học
Bơm quang học là một quá trình trong đó ánh sáng được sử dụng để
nâng (hay bơm) electron từ một mức năng lượng thấp tới một mức năng
lượng cao hơn trong một nguyên tử hay phân tử. Công nghệ này được phát
triển bởi nhà vật lý Alfred Kastler. Nó là sự kích thích bằng ánh sáng làm
thay đổi mật độ cư trú của các mức năng lượng của nguyên tử hoặc phân tử.
Khi sử dụng laser làm nguồn bơm, do cường độ laser lớn nên có sự thay đổi
lớn mật độ cư trú N i N i 0  N i ở trạng thái i từ giá trị ban đầu Ni0 (ở trạng
thái cân bằng nhiệt) đến giá trị khơng cân bằng Ni.
Vì các dịch chuyển huỳnh quang tuân theo quy tắc lọc lựa, cho nên nó
thường dịch chuyển về mức đã chọn m bằng quá trình phát huỳnh quang
nhờ laser bơm lên mức trên. Mặc dù cường độ bơm yếu nhưng mật độ cư trú
trong mức m có thể đạt được giá trị lớn. Với các nguồn bơm là các laser thì
có thể đạt được mật độ cư trú lớn, có thể so sánh được với các trạng thái cơ
bản hấp thụ. Điều này đã mở ra vài tiềm năng cho các kĩ thuật thí nghiệm
mới:
Các mức phân tử kích thích lọc lựa phát ra phổ huỳnh quang đơn giản

hơn nhiều so với sự phát xạ của sự phóng điện trong chất khí, ở đây một số
mức trên đã đạt được mật độ cư trú. Phổ huỳnh quang cảm ứng laser cho phép
xác định được các hằng số phân tử đối với tất cả các mức ở trạng thái thấp.


8

Mật độ cư trú của các trạng thái trên đủ lớn cho phép đo phổ hấp thụ
đối với sự dịch chuyển từ trạng thái này lên các mức cao hơn. Vì tất cả dịch
chuyển hấp thụ được bắt đầu từ mức được chọn nên phổ hấp thụ đơn giản hơn
nhiều so với sự phóng điện trong chất khí.
Cư
ờn
g
độ
las
er

k1

Độ rộng phổ
laser đa mode

các đường cong Doppler
của phân tử hấp thụ

1,5
GHz

Hệ

số
hấ
p
th
ụ

k2

các mode
laser

i2
i1

Tần số



Sự lọc lựa của bơm quang học phụ thuộc vào độ rộng dải laser và vào
mật độ của phổ hấp thụ. Nếu vài vạch phổ hấp thụ chồng lên nhau trong vùng
độ rộng Doppler với đường cong phổ của laser lớn hơn sự dịch chuyển thì
bơm được đồng thời, nghĩa là mật độ cư trú mức trên lớn hơn mức dưới (hình
1.1).
Hình 1.1. Sự chồng lên nhau của vài vạch hấp thụ do sự mở rộng Doppler
với đường cong vạch phổ laser dẫn đến sự bơm quang học đồng thời của một
mức
Trong trường hợp phổ hấp thụ càng dày đặc thì bơm quang học với các
laser sẽ có độ rộng càng nhỏ. Các chùm phân tử lạnh có thể được sử dụng để
đạt được sự lọc lựa mong muốn về mật độ cư trú của mức cao.
Nếu một chùm laser đơn mode có tần số  được phát đi theo hướng

trục z qua một buồng hấp thụ, thì chỉ có các phân tử có vận tốc nhóm trong
khoảng vz = ( - 0 )/k có thể hấp thụ các photon laser  trong dịch


9

chuyển i  k với Ek  Ei  . Như vậy, chỉ có các phân tử có vận tốc
nhóm trong khoảng này thì mới được kích thích. Điều này có nghĩa là sự hấp
thụ của một laser dị có dải hẹp có thể điều hưởng được các phân tử kích thích
này để tạo ra một tín hiệu cộng hưởng kép Doppler - tự do.
Một khía cạnh quan trọng hơn của bơm quang học, với một laser được
phân cực lọc lựa mật độ cư trú hoặc làm trống rỗng mật độ cư trú của các
mức suy biến M J , M

của một mức có mơmen góc J. Các mức này khác

nhau bởi hình chiếu M  của J lên trục lượng tử hoá. Các nguyên tử hoặc các
phân tử với mật độ cư trú không đồng đều N(J,M) của các mức con thì được
định hướng bởi vì mơmen góc J được ưu tiên phân bố đặc biệt, trong khi đó
dưới các điều kiện cân bằng nhiệt thì J được định hướng theo tất cả các hướng
với xác suất như nhau, tức là sự phân bố ưu tiên là đẳng hướng. Việc chọn sự
phân cực thích hợp của laser bơm thì có thể đạt được cân bằng các mật độ cư
trú bên trong các cặp của các mức M với cùng một giá trị M . Trong khi
đó, các mức với M khác nhau thì có thể có mật độ cư trú khác nhau. Đây được
gọi là sự định hướng song song.
Chú ý rằng, sự định hướng hoặc sự định hướng song song có thể tạo ra
trong cả hai trạng thái của dịch chuyển bơm do sự chọn lọc mật độ cư trú M
cũng như trạng thái thấp do chọn lọc mật độ cư trú được làm nghèo đi tương
ứng với M (hình 1.2).

J’=1

M’=-1

0

+1

-1

  
J’’=2 M’’=-2 -1

0

0

+1

  
+1

+2

-2

-1

0

+1

+2


10

a

b

Hình 1.2. Sự tích lũy (làm nghèo) các mức con ở trạng thái trên (trạng thái
dưới) do bơm quang học J”= 2 lên J’=1. Hình (a) ứng với phân cực trịn
phải, hình (b) ứng với phân cực trịn trái.
Đối với việc nghiên cứu định lượng về bơm quang học, chúng ta khảo
sát quá trình bơm làm dịch chuyển giữa các mức

J1M 1  J 2 M 2 . Khi

khơng có trường ngồi thì tất cả các mức con (2J+1) của M bị suy biến và các
mật độ cư trú của chúng tại trạng thái cân bằng nhiệt thì khơng có laser bơm
N 0 (J , M ) 

J
N 0 (J )
0
N
(
J
)


N 0 (J , M )
với

2J 1
M  J

(1.1)

0
Sự giảm của N1 ( J , M ) do bơm quang học P12 P ( J1M 1  J 2 M 2 ) có

thể được mơ tả bởi phương trình tốc độ:
d
N1 ( J1 , M 1 )  P12 ( N 2  N1 )   ( Rk1 N k  R1k N1 )
dt
M
k

(1.2)

2

Kể cả khi có bơm quang học (bao gồm sự phát xạ và hấp thụ) và tất cả
các q trình tích thốt mà có thể làm bù vào mức 1 từ các mức khác k
hoặc làm nghèo đi mức 1 . Xác suất bơm quang học là:
2

P12 

J 1 M 1 D.E J 2 M

2

(1.3)

.

Từ (1.3) ta thấy xác suất bơm quang học tỉ lệ với bình phương phần tử
ma trận dịch chuyển và phụ thuộc vào tích vơ hướng

 
D.E

của phần tử


11


mômen lưỡng cực dịch chuyển D và véc tơ điện trường E , tức là phụ thuộc

vào sự phân cực của chùm laser bơm.
Khi cường độ laser đủ cao thì hiệu mật độ cư trú sẽ giảm tới giá trị bão
N 0
hồ là: N S 
1 S

(1.4)

Trong đó, S là thơng số bão hịa: S 

B12  B12 I
 *
R*
RC

(1.5)

Cơng thức (1.5) cho biết tỉ số của xác suất dịch chuyển cảm ứng
v

B12

với xác suất tích thốt trung bình R*.
Từ xác suất dịch chuyển cho biết thơng số bão hồ S có giá trị cực đại

đối với các phân tử mà // , mật độ cư trú N sẽ giảm khi cường độ laser tăng


đối với các phân tử mà D  E . Điều này có nghĩa là mức độ định hướng sẽ
giảm khi sự bão hồ tăng (hình 1.3).
Tốc độ bơm

P ( N 2  N1 )  12 N ph ( N 2  N1 )

(1.6)

Tốc độ bơm tỉ lệ với tiết diện hấp thụ 12 và tốc độ dòng photon N ph [số
photon/cm2.s]. Tiết diện hấp thụ có thể viết bằng tích của hai hệ số.

 ( J1M 1 , J 2 M 2 )  J J .C ( J1M 1 , J 2 M 2 )

(1.7)

2



Huỳnh qunag

N2

Bơm quang học

1 2

P
0

N2

3

1

Va
chạm

IP

12


a

b

c

Hình 1.3. (a) Sự giảm sút sự định hướng phân tử với việc tăng cường độ bơm
từ bão hoà ở trạng thái thấp hơn và cao hơn; (b) Sơ đồ theo dõi sự truyền
qua của sự phân cực P0 của huỳnh quang cảm ứng laser (c)
Tiết diện  J J không phụ thuộc vào sự định hướng phân tử và bằng tích
1 2

của xác suất dịch chuyển điện tử với hệ số Franck-Condon với hệ số HönlLondon. Hệ số thứ hai gọi là hệ số Clebsch-Gordan C ( J1M 1 , J 2 M 2 ) phụ thuộc
vào các số lượng tử quay và vào sự định hướng phân tử trong cả hai mức của
dịch chuyển bơm. Trong trường hợp các phân tử được định hướng thì bị hạn
chế một phần nào đó do sự quay. Mức độ định hướng đạt được cực đại phụ
thuộc vào sự định hướng của véc tơ lưỡng cực dịch chuyển với sự ưu tiên
theo trục quay phân tử và là khác nhau đối với các dịch chuyển P, Q, R. Đối
với các phân tử thì sự định hướng đạt cực đại ln nhỏ hơn đối với các
nguyên tử.

1.2. Kỹ thuật phổ đánh dấu phân cực
1.2.1 Nguyên lí cơ bản
Phương pháp phổ đánh dấu phân cực PLS (PLS – polarization labelling
spectroscopy) là sự kết hợp giữa phổ phân cực và cộng hưởng kép quang học.

13

Khi khơng có laser bơm, các mẫu phân tử là đẳng hướng quang học vì

khơng có hướng ưu tiên cho mơmen góc tồn phần J của từng phân tử. Cụ
thể đối với một giá trị của số lượng tử J có 2J + 1 mức con Zeeman bị suy
biến đối với một trọng số thống kê. Mỗi mức con Zeeman tương ứng với một

giá trị số lượng tử MJ mà một số lượng tử là hình chiếu của J trên trục truyền
của chùm bơm. Do đó, sự phân cực thẳng của chùm dị là khơng thay đổi sau
khi đi qua mẫu phân tử, nên chùm dị khơng đến được máy thu D.
Laser

I1

P2

P1

tấm phân
cực

mẫu phân
tử

máy thu D

tấm phân

tích

Hình 1.4 Sơ đồ của phương pháp PLS: P1 và P2 là các cặp kính phân cực
thẳng bắt chéo nhau, D là máy thu sự thay đổi tín hiệu của chùm tia dị.

Khi có laser bơm với bước sóng được điều hưởng để kích thích q
trình dịch chuyển phân tử J"→ J' thì chùm laser bơm bị các phân tử hấp thụ ở
mức thấp J"lên cư trú ở mức cao J'. Điều này cho biết giảm mật độ cư trú ở
mức thấp hơn (hoặc cư trú ở mức trên) là không giống nhau giữa các mức con
Zeeman vì hai lí do sau đây: một là các quy tắc lọc lựa cho quá trình dịch


14

chuyển giữa các mức con Zeeman: ΔM = 0, 1, hoặc -1 tương ứng cho phân
cực thẳng, tròn phải, hoặc tròn trái, thứ hai là sự phụ thuộc phần tiết diện
ngang hấp thụ của trị MJ.
Kết quả là mẫu phân tử trở thành bất đẳng hướng cho chùm dị. Vì vậy,
khi chùm dị kích thích q trình dịch chuyển và cùng mức dưới hoặc mức
trên với sự dịch chuyển của chùm bơm thì sự phân cực của chùm dị bị thay
đổi và chùm dị sẽ đi qua kính phân cực P2 và đến được máy thu D.
1.2.2. Biên độ của tín hiệu phân cực
Giả thiết chùm laser dị truyền dọc theo trục z và phân cực theo hướng
x (đây là trục quang của kính phân cực P1)




E E 0 exp[i (t  kz ]; E 0 {E 0 x ,0,0}

(1.8)

Chúng ta xét trường hợp chùm laser bơm phân cực tròn. Véctơ điện

trường E của chùm dị được phân tích thành hai thành phần phân cực tròn
phải và trái bằng các biểu thức sau:


 
  1 


E E 0 exp[i (t  k z ]; E 0  E0 (e x +ie y )
2

(1.9a)


  
  1 
E E 0 exp[i (t  k  z ]; E 0  E0 (e x -ie y )
2

(1.9b)





Trong đó, e x và e y tương ứng là các vectơ đơn vị trên hướng của trục



x và y; E và E tương ứng là những thành phần phân cực tròn phải và trái. L
là chiều dài mà ánh sáng đi xuyên qua mẫu. Hai thành phần n + và n- của chiết
suất và α+ và α- của hệ số hấp thụ ứng với thành phần phân cực tròn phải và


15

trịn trái của chùm dị. Do đó hai thành phần của chùm tia dò sau khi đi qua
mẫu trở thành.

 


E ( z L) E 0 exp[i(t  k L+i L]
2

(1.10a)


 


E ( z L) E 0 exp[i (t  k L+i L]
2

(1.10b)

Sự chồng chất của hai thành phần này sinh ra một phân cực elip



    1 it [-i (nL/c-i L/2]



i 
E E  E  E 0 e e
[(e x  ie y )e  (e x  ie y )e i ]
2

(1.11)

1
1
trong đó: n  (n   n  );   (     ) là giá trị trung bình
2
2
Δ= ωLΔn /2 c − iLΔα /4 là hệ số pha phụ thuộc vào tính lưỡng chiết (Δn) và
tính lưỡng sắc (Δα): Δn = n+ - n-; Δα = α+ - α-.
Như vậy, chính sự lưỡng chiết và lưỡng hướng sắc là nguyên nhân gây
nên sự thay đổi phân cực của chùm dị. Điều này được minh họa như trên
hình 1.6
Nếu trục truyền của tấm phân tích P2 nghiêng một góc nhỏ θ << 1 đối
với trục y, thì biên độ truyền qua của ánh sáng dị có thể được viết
Et Ex sin   E y cos Ex  E y

(1.12)

Trong phần lớn các trường hợp thực nghiệm ΔαL << 1 và ΔnL << 1, do
đó ta có thể khai triển exp[Δi] theo chuỗi Taylor nhưng giữ lại hệ số đầu tiên
và sau đó thay thế vào (1.12). Phần điện trường truyền được viết bởi:


16

Et E0 exp[it ]exp[i nL / c 

1
 L]( -)
2

(1.13)

Hình 1.6. Khi chùm bơm phân cực tròn, chùm dò phân cực thẳng được phân
tích thành tổng của hai thành phần phân cực trịn phải và trịn trái có biên độ
giống nhau.
1.2.3. Cường độ tỉ đối của các vạch phổ
Trong các nghiên cứu phổ phân tử, cường độ tuyệt đối của các vạch
phổ thường khó xác định. Phần lớn người ta sử dụng cường độ độ tỉ đối giữa
các vạch phổ được quan sát. Trong cấu hình kích thích chữ V của kĩ thuật
PLS, cường độ của tín hiệu phân cực được viết dưới dạng:
 ( oL) 2 
Ip  Io. exp( L) 
( 0 ) 2

16



(1.14)

Ngồi ra cịn sử dụng các ký hiệu số lượng tử (Λk, Jk,Mk) cho các trạng
thái. Trong đó k= 1 ứng với trạng thái trên của dịch chuyển bơm, k = 2 ứng


17

với trạng thái trên của dịch chuyển dò, còn k được bỏ qua đối với trạng thái
dưới;  = 0, 1, 2,.. tương ứng với các trạng thái điện tử , , Δ…; còn J là số


lượng tử quay của phân tử; M là số lượng tử hình chiếu của mômen quay J
lên trục lượng tử.

Từ (1.14) chúng ta thấy rằng cường độ tỉ đối giữa các vạch phổ sẽ phụ
thuộc vào Δα0 và đại lượng này cho các trường hợp bơm bằng phân cực tròn
và phân cực thẳng như sau:
 0
S JJ S J J J( CJ) J
(2 J  1)(2 J 2  1)

(1.15a)

 0
S JJ S J J J( LJ) J
(2 J  1)(2 J 2  1)

(1.15b)

 0( C )      

 0( L )  z   x 

1

1

2

2

1

1

2 1

2

2

2 1

Trong các biểu thức này, chỉ số C và L tương ứng ký hiệu cho phân cực
tròn và thẳng của chùm bơm; Δσ0 là một tham số phụ thuộc vào tích của
mơmen lưỡng cực dịch chuyển điện tử và hệ số Franck-Condon; S là hệ số
Hưnl-London mơ tả bản chất của cường độ quay:
S

1
JJ1

1
J
 J
(2 J  1)(2 J1  1)  1

  1 1    

2

(1.16)

Còn ζ là hệ số mô tả sự phụ thuộc của cường độ vào "phân bố khơng gian"
của mơmen góc do bơm quang học:



(C )
J 2 J1 J

2
2
 J1 1 J    J 2 1 J 
 A0 (2 J  1)  


1 M     M 2 1 M 

M M M   M1
2

1

2
1 J 
 J2
 M 1 M  

2
 

(1.17a)


18



( L)
J 2 J1 J

 J
 A0 (2 J  1)   1
M M M   M1
 J 2 1 J  2

 


M
0
M

2

2

1

1 J 
0 M 

2

2
2
1 J   J 2 1 J   
1   J2

 
 
2    M 2  1 M    M 2 1 M   


(1.17b)

Ở đây, chúng ta đã sử dụng ký hiệu 3j Wigner, còn lấy tổng được lấy theo các
mức con M.
1 1

;

1 1

;

bơm
dị
1

Hình 1.8. Các dịch chuyển của chùm dị và chùm bơm trong cấu hình kích
thích chữ V.
Đối với các phân tử nguyên tử có trạng thái cơ bản là 1Σ (tức là  = 0),
quy tắc lọc lựa trong gần đúng lưỡng cực điện cho thấy rằng các trạng thái
trên của dịch chuyển bơm và dịch chuyển dị có thể là 1Σ hoặc 1Π (hình 1.8).
1.3. Kỹ thuật phổ cộng hưởng kép quang học
Kỹ thuật phổ cộng hưởng kép quang học OODR (OODR : optical0ptical double- resonance ) có cơ sở là sự tương tác đồng thời của một phân
tử với hai sóng được điều hưởng bởi hai dịch chuyển phân tử có chung một
mức. Có thể là một mức cao hoặc một mức thấp của sự dịch chuyển bơm.


19

Với cấu hình OODR chữ V thì mức thấp

i

được lựa chọn là mức

nghèo. Các dịch chuyển của OODR được điều khiển thông qua hiệu mật độ
cư trú trong sự hấp thụ của sóng dị khi khơng có sóng bơm, được bắt đầu từ
mức thấp

1

và kết thúc trong các mức cao

m

. Từ đó cho biết các thơng

tin chính về mức cao.
Phương pháp cộng hưởng kép kiểu chữ V có thể được coi như sự
nghịch đảo của phương pháp huỳnh quang cảm ứng (hình 1.9)

2

m+1

2

m
m-1
bơm

bơm

m

dị
1

1

LIF

OODR

Hình 1.9. So sánh giữa OODR cấu hình chữ V và LIF
Kỹ thuật LIF thì mức kích thích

2

được chọn là mức cư trú. Dẫn

đến phổ huỳnh quang phù hợp với tất cả các dịch chuyển quang học được
phép về mức dưới

m

. Phân tích phổ LIF mang lại các thơng tin chính về

trạng thái cao.
Kết luận chương 1
Như vậy phương pháp nghiên cứu cấu trúc phổ phân tử dùng trong kĩ
thuật phổ phi tuyến đó là: Phương pháp phổ đánh dấu phân cực. Đây là
phương pháp đo phổ của phân tử dựa trên việc kết hợp giữa sự tương tác của
các trạng thái bức xạ phân tử với sự cộng hưởng quang học khi cho chùm
laser dị có bước sóng sát với bước sóng của phổ cần đo.

20

Việc vận dụng phương pháp này để đo phổ của phân tử một cách chính
xác các q trình trong đó phải được thực hiện với hiệu suất cao nhất:
+ Xác suất bơm quang học tỉ lệ với tích vơ hướng

D.E

nên xác suất này có

giá trị cao khi hai thành phần đó song song với nhau.
+ Buồng cộng hưởng kép quang học yêu cầu các mức phải liên tục( mức cao
của dịch chuyển này trùng với mức thấp của dịch chuyển khác).

Chương 2
KHẢO SÁT CÁC TRẠNG THÁI KÍCH THÍCH BẬC CAO CỦA NaLi
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC
2.1. Một số vấn đề về cấu trúc phổ phân tử hai nguyên tử
2.1.1. Các trạng thái điện tử của phân tử