Emisja spontaniczna a emisja stymulowana
Emisja odnosi się do emisji energii w fotonach, gdy elektron przechodzi między dwoma różnymi poziomami energii. Co charakterystyczne, atomy, cząsteczki i inne układy kwantowe składają się z wielu poziomów energii otaczających rdzeń. Elektrony znajdują się na tych poziomach elektronów i często przechodzą między poziomami poprzez pochłanianie i emisję energii. Kiedy zachodzi absorpcja, elektrony przechodzą do wyższego stanu energii zwanego „stanem wzbudzonym”, a luka energetyczna między dwoma poziomami jest równa ilości pochłoniętej energii. Podobnie elektrony w stanach wzbudzonych nie będą tam przebywać na zawsze. Dlatego schodzą do niższego stanu wzbudzonego lub do poziomu gruntu, emitując ilość energii, która odpowiada luce energetycznej między dwoma stanami przejścia. Uważa się, że te energie są absorbowane i uwalniane w kwantach lub pakietach dyskretnej energii.
Spontaniczna emisja
Jest to jedna z metod, w której emisja ma miejsce, gdy elektron przechodzi z wyższego poziomu energii na niższy poziom energii lub do stanu podstawowego. Absorpcja jest częstsza niż emisja, ponieważ poziom gruntu jest generalnie bardziej zaludniony niż stany wzbudzone. Dlatego więcej elektronów ma tendencję do absorbowania energii i wzbudzania się. Ale po tym procesie wzbudzania, jak wspomniano powyżej, elektrony nie mogą pozostawać w stanach wzbudzonych na zawsze, ponieważ jakikolwiek system preferuje raczej bycie w stanie stabilnym o niższej energii niż bycie w stanie niestabilnym o wysokiej energii. Dlatego wzbudzone elektrony mają tendencję do uwalniania swojej energii i powrotu do poziomu gruntu. W przypadku emisji spontanicznej ten proces emisji zachodzi bez obecności zewnętrznego bodźca / pola magnetycznego; stąd nazwa spontaniczna. Jest jedynie miarą doprowadzenia systemu do bardziej stabilnego stanu.
Kiedy następuje emisja spontaniczna, gdy elektrony przechodzą między dwoma stanami energii, pakiet energii pasujący do luki energetycznej między dwoma stanami jest uwalniany jako fala. Dlatego emisja spontaniczna może być prognozowana w dwóch głównych etapach; 1) Elektron w stanie wzbudzonym sprowadza się do niższego stanu wzbudzonego lub stanu podstawowego 2) Jednoczesne wyzwolenie fali energii przenoszącej energię, która odpowiada przerwie energetycznej między dwoma stanami przejściowymi. W ten sposób uwalnia się fluorescencja i energia cieplna.
Emisja stymulowana
Jest to druga metoda, w której emisja zachodzi, gdy elektron przechodzi z wyższego poziomu energii na niższy poziom energii lub do stanu podstawowego. Jednak, jak sama nazwa wskazuje, tym razem emisja odbywa się pod wpływem zewnętrznych bodźców, takich jak zewnętrzne pole elektromagnetyczne. Kiedy elektron przechodzi z jednego stanu energii do drugiego, przechodzi przez stan przejściowy, który posiada pole dipolowe i działa jak mały dipol. Dlatego pod wpływem zewnętrznego pola elektromagnetycznego zwiększa się prawdopodobieństwo wejścia elektronu w stan przejściowy.
Dotyczy to zarówno absorpcji, jak i emisji. Kiedy bodziec elektromagnetyczny, taki jak padająca fala, jest przepuszczany przez system, elektrony na poziomie gruntu mogą łatwo oscylować i przejść do przejściowego stanu dipolowego, w którym może nastąpić przejście na wyższy poziom energii. Podobnie, gdy padająca fala przechodzi przez system, elektrony, które są już w stanach wzbudzonych czekających na zejście w dół, mogą łatwo wejść w stan przejściowy dipola w odpowiedzi na zewnętrzną falę elektromagnetyczną i uwolnić nadmiar energii, aby zejść do niższego wzbudzonego stan lub stan podstawowy. Kiedy tak się dzieje, ponieważ padająca wiązka nie jest w tym przypadku pochłaniana,wyjdzie również z układu z nowo uwolnionymi kwantami energii w wyniku przejścia elektronu na niższy poziom energii, uwalniając pakiet energii dopasowany do energii przerwy między odpowiednimi stanami. Dlatego emisję stymulowaną można prognozować w trzech głównych etapach; 1) Wejście fali padającej 2) Elektron w stanie wzbudzonym schodzi do dolnego stanu wzbudzonego lub stanu podstawowego 3) Jednoczesne wyzwolenie fali energii niosącej energię, która dopasowuje się do przerwy energetycznej między dwoma stanami przejściowymi wraz z przenoszeniem wiązka padająca. Przy wzmocnieniu światła wykorzystuje się zasadę emisji wymuszonej. Np. Technologia LASEROWA.1) Wejście fali padającej 2) Elektron w stanie wzbudzonym schodzi do dolnego stanu wzbudzonego lub stanu podstawowego 3) Jednoczesne wyzwolenie fali energii niosącej energię, która dopasowuje się do przerwy energetycznej między dwoma stanami przejściowymi wraz z przenoszeniem wiązka padająca. Przy wzmocnieniu światła wykorzystuje się zasadę emisji wymuszonej. Np. Technologia LASEROWA.1) Wejście fali padającej 2) Elektron w stanie wzbudzonym schodzi do dolnego stanu wzbudzonego lub stanu podstawowego 3) Jednoczesne wyzwolenie fali energii niosącej energię, która dopasowuje się do przerwy energetycznej między dwoma stanami przejściowymi wraz z przenoszeniem wiązka padająca. Przy wzmocnieniu światła wykorzystuje się zasadę emisji wymuszonej. Np. Technologia LASEROWA.
Jaka jest różnica między emisją spontaniczną a stymulowaną?
• Emisja spontaniczna nie wymaga zewnętrznego bodźca elektromagnetycznego do uwolnienia energii, podczas gdy emisja wymuszona wymaga zewnętrznych bodźców elektromagnetycznych do uwolnienia energii.
• Podczas emisji spontanicznej uwalniana jest tylko jedna fala energii, ale podczas emisji wymuszonej uwalniane są dwie fale energii.
• Prawdopodobieństwo wystąpienia emisji wymuszonej jest większe niż prawdopodobieństwo wystąpienia emisji spontanicznej, gdyż zewnętrzne bodźce elektromagnetyczne zwiększają prawdopodobieństwo osiągnięcia stanu przejścia dipolowego.
• Poprzez odpowiednie dopasowanie luk energetycznych i częstotliwości padania, emisja wymuszona może być wykorzystana do znacznego wzmocnienia padającej wiązki promieniowania; mając na uwadze, że nie jest to możliwe, gdy ma miejsce emisja spontaniczna.
