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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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 magician4 Verfasst am: 19. Jul 2010 23:16 Titel: spektroskopische auswahlregeln, microskopisch betrachtet |
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Moin zusammen,
photonen haben in richtung ihrer flugbahn (oder ihr entgegengesetzt) ein drehmoment
in der optischen spektroskopie leiten sich die auswahlregeln u.a. daraus ab, dass das molekuel bei lichtanregung in einen zustand uebergehen muss, welcher der aufnahme auch dieses drehmoments entspricht
dazu - so meine ueberlegung - muss das molekuel sich allerdings in einer bestimmten geometrischen orientierung bzgl. der flugbahn des photons befinden, denn es nuetzt ja herzlich wenig wenn das drehmoment des photons orthogonal zu dem stehen wuerde was im angeregten zustand einer "drehimpulsaddition" entspraeche.
--> wenn das molekuel ungeeignet zur flugbahn des photons im raum liegt, findet halt keine absoprption statt
hieraus (sowie dingen wie "uebergangswahrscheinlichkeit) leitet sich dann letztendlich Lambert-Beer ab, sofern ich das recht verstanden habe.
nunmehr zu meinen eigentlichen fragen:
das angeregte molekuel faellt nach kurzer zeit ja wieder in den grundzustand zurueck, ggf. auch unter wiederum emission des lichtquants. ist die emissionsrichtung sodannn - im sinne der microskopischen reversibilitaet - ebenfalls gerichtet bzgl- der emittierenden struktur?
falls ja: nehmen wir an, ich waere in der lage sehr ordentliche krtistalle zu zuechten, in denen die desorbierenden strukturelemente alle huebsch-gleichmaessig parallel ausgerichtet sind.
waere eine solche oberflaeche dann in der lage z.b. kohaerente IR-strahlung abzugeben? (normalerweise wird thermisches IR ja ohne vorzugsrichtuing von oberflaechen emittiert)
vielen dank fuer eure antworten
gruss
ingo |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 21. Jul 2010 02:47 Titel: |
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Einverstanden, ob ein Atom oder Molekül ein Photon absorbieren kann oder nicht, hängt von dem Grundzustand und den möglichen angeregten Zuständen ab. Dazu gehört auch, ob es einen angeregten Zustand mit dem erforderlichen Elektronendrehimpuls gibt, und das kann von der Orientierung des Atoms oder Moleküls im Raum abhängen.
Hat man also ein Ensemble von Atomen oder Molekülen in einem Zustand, in dem sie alle in eine bestimmte Richtung ausgerichtet sind, dann kann es passieren, dass manche Lichtpolarisationen schlechter absorbiert werden als andere, oder dass Photonen einer bestimmten Polarisation sogar gar nicht absorbiert werden können.
Bei der spontanen Emission hat man dagegen meistens viel mehr Möglichkeiten. Normalerweise erfolgt die ja in alle möglichen Richtungen, also isotrop. Selbst wenn ein Molekül aus einem angeregten Zustand heraus nur mit genau einer einzigen möglichen Drehimpulsänderung zerfallen könnte, hätte man zum Beispiel mindestens immer noch zwei mögliche Richtungen: Rechtzirkular polarisiertes Licht in die eine Richtung oder linkszirkular polarisiertes Licht in die entgegengesetzte Richtung emittieren.
Und selbst wenn zum Beispiel der Spinzustand eines Atoms mit nur einem Valenzelektron bezüglich einer Raumachse einen Wert im angeregten Zustand hat, der nur eine Drehimpulsänderung beim spontanen Übergang in den Grundzustand erlaubt, dann gibt es ja immer auch noch die anderen Raumrichtungen, in die dann jeweils mehrere verschiedene Werte für Drehimpulsänderungen zu möglichen Grundzuständen bezüglich dieser Raumrichtungen erlaubt und zugänglich sind.
Durch spontanen Zerfall angeregter Zustände von Atomen oder Molekülen in einem räumlich ausgerichteten Ensemble gerichtete kohärente Strahlung zu erzeugen, stelle ich mir also nicht so praktisch vor. Hingegen geht so etwas ja meist mit passenden Resonatoren und stimulierter Emission deutlich eher und leichter. |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 21. Jul 2010 20:13 Titel: |
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vielen dank zunaechst fuer deine antwort.
hier:
| Zitat: | | Und selbst wenn zum Beispiel der Spinzustand eines Atoms mit nur einem Valenzelektron bezüglich einer Raumachse einen Wert im angeregten Zustand hat, der nur eine Drehimpulsänderung beim spontanen Übergang in den Grundzustand erlaubt, dann gibt es ja immer auch noch die anderen Raumrichtungen, in die dann jeweils mehrere verschiedene Werte für Drehimpulsänderungen zu möglichen Grundzuständen bezüglich dieser Raumrichtungen erlaubt und zugänglich sind. |
haette ich allerdings eine nachfrage: moechtest du damit sagen dass das molekuel die option hat, statt eines photons derer z.b. zwei auszusenden, die dann in summe dem "uebergangsgerechten" vektor eines einzelphotons entsprechen, dann aber doch individuell wieder die falsche flugrichtung haben?
| Zitat: | | Hingegen geht so etwas ja meist mit passenden Resonatoren und stimulierter Emission deutlich eher und leichter. |
mir geht es eigentlich darum, eine oberflaeche ausschliesslich durch passive abstrahlung von thermischem IR gegen einen kalten, praktisch unendlich weit entfernten und in seiner kapazitaet unbeschraenkten hintergrund kuehlen.
um da auf etwas leistung zu kommen bin ich schnell bei abstrahlflaechen von fussballfelddimensionen
versuche ich die abstrahlflaeche "sandwitchartig" zu verringern, muss ich irgendwie die strahlung aus dem sandwich rauslenken, was mir nur mit gerichteter strahlung moeglich ist.
danke nochmal fuer deinen kommentar
gruss
ingo |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 22. Jul 2010 02:32 Titel: |
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| magician4 hat Folgendes geschrieben: |
hier:
| Zitat: | | Und selbst wenn zum Beispiel der Spinzustand eines Atoms mit nur einem Valenzelektron bezüglich einer Raumachse einen Wert im angeregten Zustand hat, der nur eine Drehimpulsänderung beim spontanen Übergang in den Grundzustand erlaubt, dann gibt es ja immer auch noch die anderen Raumrichtungen, in die dann jeweils mehrere verschiedene Werte für Drehimpulsänderungen zu möglichen Grundzuständen bezüglich dieser Raumrichtungen erlaubt und zugänglich sind. |
haette ich allerdings eine nachfrage: moechtest du damit sagen dass das molekuel die option hat, statt eines photons derer z.b. zwei auszusenden, die dann in summe dem "uebergangsgerechten" vektor eines einzelphotons entsprechen, dann aber doch individuell wieder die falsche flugrichtung haben?
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Nein, Zweiphotonenprozesse hatte ich hier erstmal gar nicht gemeint, die sind ja normalerweise immer deutlich unwahrscheinlicher als die Einphotonenübergänge.
Die Überlegung, die ich gemeint hatte, war eher so:
Nehmen wir zum Beispiel an, der Drehimpuls eines Atoms ist in x-Richtung ausgerichtet, und das Atom befindet sich im angeregten Zustand mit m_x= + 5/2 . Und der zugehörige, von da aus erreichbare Grundzustand ist ein Zustand mit m_x = + 3/2 . Dann muss der Elektronendrehimpuls in x-Richtung um delta L = -1 geändert werden, um diesen Übergang hinzubekommen. Für den Fall einer spontanen Emission eines Photons entlang der (positiven oder negativen) x-Achse schränkt das die Möglichkeiten ziemlich stark ein.
Für den Fall einer Emission eines Photons in andere Richtungen, zum Beispiel in y-Richtung und in minus-y-Richtung, gelten viel weniger Beschränkungen, denn für den Übergang zwischen Niveaus mit verschiedenen Werten für m_y gibt es viel mehr erlaubte Übergänge fürs spontane Zerfallen, da der Wert von m_y im angeregten Zustand nicht maximal groß (5/2) ist, sondern zum Beispiel Werte von m_y = +1/2 oder -1/2, und von da aus sind laut den Clebsch-Gordan-Koeffizienten-Schemas viel mehr verschiedene Niveaus des Grundzustandes erreichbar.
| Zitat: |
| Zitat: | | Hingegen geht so etwas ja meist mit passenden Resonatoren und stimulierter Emission deutlich eher und leichter. |
mir geht es eigentlich darum, eine oberflaeche ausschliesslich durch passive abstrahlung von thermischem IR gegen einen kalten, praktisch unendlich weit entfernten und in seiner kapazitaet unbeschraenkten hintergrund kuehlen.
um da auf etwas leistung zu kommen bin ich schnell bei abstrahlflaechen von fussballfelddimensionen
versuche ich die abstrahlflaeche "sandwitchartig" zu verringern, muss ich irgendwie die strahlung aus dem sandwich rauslenken, was mir nur mit gerichteter strahlung moeglich ist.
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Da eine einzige Abstrahlrichtung zu erreichen, stelle ich mir bisher noch schwierig vor.
Was man vielleicht schon mal machen könnte, ist das zumindest schon mal so auszurichten, dass die Abstrahlcharakteristik in der gewünschten Richtung eher relativ groß ist. Ich stelle mir da zum Beispiel die Abstrahlcharakteristik eines Hertzschen Dipols vor, da wird ja in "z-Achsen-Richtung" nicht abgestrahlt, und das meiste geht eher in Richtung der x-y-Ebene oder so. Dann würde man versuchen, ob man es dementsprechend so einrichten kann, dass die "z-Achse des strahlenden Dipols" parallel zu deiner Oberfläche liegt, damit schon mal relativ viel in y-Richtung, von der Oberfläche weg, abgestrahlt werden kann. |
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