Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

226 R. GROSS Kapitel 6: Übergänge zwischen Energieniveaus(a)1.01209060(b)1.012090600.80.80.60.4150300.60.4150301/2(1+cos 2 ϑ )0.20.01800.20.40.6 2100330sin 2 ϑ0.20.01800.20.40.6 21033000.80.81.02402703001.0240270300Abbildung 6.11: Intensität des abgestrahlten Lichts als Funktion des Winkels ϑ, den die Beobachtungsrichtungmit der Richtung des Magnetfelds einschließt. (a) Für senkrecht zur Feldrichtung rotierendeDipole und (b) für einen entlang der Feldrichtung oszillierenden Dipol.Beim zirkular polarisierten Licht rotieren an einem gegebenen Ort r beide Felder mit der Kreisfrequenzω um die Ausbreitungsrichtung. Dabei bleibt der Betrag der Feldstärke konstant. Zirkular polarisiertesLicht entlang ẑ wird z.B. durch zwei um ±π/2 in der Phase verschobene Dipole entlang ̂x und ŷ, bzw.durch einen in der (x,y)-Ebene rotierenden Dipol erzeugt.Der Vergleich von (6.4.37) mit den Ausdrücken für W ± (Gln. 6.4.28 und 6.4.29) führt uns unmittelbar zuder Aussage, dass die Übergänge mit ∆m = ±1 der Emission bzw. Absorption von Licht entsprechen, wiees von rotierenden Dipolen erzeugt wird. Wir sprechen von σ + und σ − Licht. Der Polarisationscharakterdieses Lichts ist in Abb. 6.10 dargestellt.Bei einem Übergang mit ∆m = 0 erhalten wir hingegen die Strahlungscharakteristik eines entlang derFeldrichtung schwingenden Dipols. Dieses entlang ẑ linear polarisierte Licht wird als π-Licht bezeichnet.Für die Auswahlregeln für die magnetische Quantenzahl können wir zusammenfassend folgendes festhalten:Für Übergänge E i → E k mit ∆m = m i − m k erhalten wir folgende Auswahlregeln:∆m= ±1 zirkular polarisiertes Licht (6.4.38)∆m = 0 linear polarisiertes Licht . (6.4.39)Bei der Absorption zirkular polarisierten Lichts, das sich in z-Richtung ausbreitet, ist der Photonendrehimpuls+¯h (σ + -Licht) bzw. −¯h (σ − -Licht). Die Komponente des Atomdrehimpulses in z-Richtung musssich deshalb bei Absorption von σ + -Licht um +¯h ändern, für σ − -Licht um −¯h. Linear polarisiertesLicht kann als eine Überlagerung von σ + - und σ − -Licht aufgefasst werden, der Erwartungswert desPhotonendrehimpulses ist daher Null. Bei Absorption von π-Licht, das in z-Richtung auf ein Atom fällt,ändert sich deshalb die Orientierungsquantenzahl nicht.Bei der Emission E i → E k + ¯hω muss die Drehimpulskomponente m¯h des Atoms im Zustand E i gleichder Summe der Komponenten von Photon und Atom im Zustand E k sein. Als Beispiel haben wir inAbschnitt 4.6.1 bereits die Emission von Atomen in einem Magnetfeld B = (0,0,B z ) kennengelernt (siehehierzu Abb. 4.14). In Feldrichtung beobachtet man zirkular polarisiertes Licht, senkrecht zum Feld(z.B. in x-Richtung) werden drei linear polarisierte Zeeman-Komponenten beobachtet und zwar eine inz-Richtung polarisierte Komponente (∆m = 0, π-Licht) und zwei in x-Richtung linear polarisierte Komc○Walther-Meißner-Institut