El término defecto cuántico se refiere a dos conceptos: pérdida de energía en láseres y niveles de energía en elementos alcalinos . Ambos tratan de sistemas cuánticos en los que la materia interactúa con la luz.
En la ciencia del láser , el término defecto cuántico se refiere al hecho de que la energía de un fotón de bombeo es generalmente mayor que la de un fotón de señal (fotón de la radiación de salida). La diferencia de energía se pierde en forma de calor, que puede arrastrar el exceso de entropía entregado por el bombeo incoherente multimodo.
El defecto cuántico de un láser se puede definir como la parte de la energía del fotón de bombeo que se pierde (no se convierte en fotones en la longitud de onda del láser) en el medio de ganancia durante el láser . [1] A una frecuencia dada de bombeo y una frecuencia dada de láser , el defecto cuántico . Un defecto cuántico de este tipo tiene dimensiones de energía; para un funcionamiento eficiente, la temperatura del medio de ganancia (medida en unidades de energía) debe ser pequeña en comparación con el defecto cuántico.
El defecto cuántico también puede definirse de la siguiente manera: a una frecuencia de bombeo dada y a una frecuencia de láser dada , el defecto cuántico ; según esta definición, el defecto cuántico es adimensional. [ cita requerida ] A una frecuencia de bombeo fija, cuanto mayor sea el defecto cuántico, menor será el límite superior para la eficiencia energética.
El defecto cuántico de un átomo alcalino se refiere a una corrección de los niveles de energía predichos por el cálculo clásico de la función de onda del hidrógeno . Un modelo simple del potencial experimentado por el único electrón de valencia de un átomo alcalino es que el núcleo iónico actúa como una carga puntual con carga efectiva e y las funciones de onda son hidrogénicas . Sin embargo, la estructura del núcleo iónico altera el potencial en radios pequeños. [2]
El potencial 1/ r en el átomo de hidrógeno conduce a una energía de enlace de electrones dada por donde es la constante de Rydberg , es la constante de Planck , es la velocidad de la luz y es el número cuántico principal .
Para átomos alcalinos con un momento angular orbital pequeño , la función de onda del electrón de valencia no es despreciable en el núcleo iónico, donde el potencial de Coulomb apantallado con una carga efectiva de e ya no describe el potencial. El espectro todavía se describe bien mediante la fórmula de Rydberg con un defecto cuántico dependiente del momento angular :
Los cambios más grandes ocurren cuando el momento angular orbital es cero (normalmente etiquetado como 's') y estos se muestran en la tabla para los metales alcalinos : [3]
