Emisja spontaniczna a wymuszona
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 elektronowych i często przechodzą między poziomami poprzez absorpcję i emisję energii. Kiedy zachodzi absorpcja, elektrony przechodzą do wyższego stanu energetycznego zwanego „stanem wzbudzenia”, a przerwa energetyczna między tymi dwoma poziomami jest równa ilości pochłoniętej energii. Podobnie elektrony w stanach wzbudzonych nie będą tam przebywać na zawsze. W związku z tym schodzą do niższego stanu wzbudzenia lub do poziomu podstawowego, emitując ilość energii, która odpowiada przerwie energetycznej między dwoma stanami przejściowymi. Uważa się, że te energie są absorbowane i uwalniane w kwantach lub pakietach energii dyskretnej.
Spontaniczna emisja
Jest to jedna z metod, w której emisja ma miejsce, gdy elektron przechodzi z wyższego poziomu energetycznego na niższy lub do stanu podstawowego. Absorpcja jest częstsza niż emisja, ponieważ poziom gruntu jest na ogół bardziej zaludniony niż stany wzbudzone. Dlatego więcej elektronów ma tendencję do pochłaniania energii i wzbudzania się. Ale po tym procesie wzbudzania, jak wspomniano powyżej, elektrony nie mogą być w stanie wzbudzonym w nieskończoność, ponieważ każdy układ faworyzuje przebywanie w stanie stabilnym o niższej energii niż w stanie niestabilnym o wysokiej energii. Dlatego wzbudzone elektrony mają tendencję do uwalniania swojej energii i powrotu z powrotem na poziomy gruntu. W emisji spontanicznej ten proces emisji zachodzi bez obecności zewnętrznego bodźca/pola magnetycznego; stąd nazwa spontaniczna. Jest to wyłącznie miara doprowadzenia systemu do bardziej stabilnego stanu.
Kiedy następuje spontaniczna emisja, gdy elektron przechodzi między dwoma stanami energetycznymi, pakiet energii, który odpowiada przerwie energetycznej między dwoma stanami, jest uwalniany jako fala. Dlatego emisję spontaniczną można przewidywać w dwóch głównych krokach; 1) Elektron w stanie wzbudzonym schodzi do niższego stanu wzbudzonego lub stanu podstawowego 2) Jednoczesne uwolnienie fali energetycznej niosącej energię, która odpowiada przerwie energetycznej pomiędzy dwoma stanami przejściowymi. W ten sposób uwalniane są fluorescencja i energia cieplna.
Emisja stymulowana
Jest to druga metoda, w której emisja ma miejsce, gdy elektron przechodzi z wyższego poziomu energetycznego do niższego poziomu energetycznego lub do stanu podstawowego. Jednak jak sama nazwa wskazuje, tym razem emisja odbywa się pod wpływem bodźców zewnętrznych, takich jak zewnętrzne pole elektromagnetyczne. Kiedy elektron przechodzi z jednego stanu energetycznego do drugiego, robi to poprzez stan przejściowy, który posiada pole dipolowe i działa jak mały dipol. Dlatego też, gdy pod wpływem zewnętrznego pola elektromagnetycznego wzrasta prawdopodobieństwo wejścia elektronu w stan przejściowy.
Dotyczy to zarówno absorpcji, jak i emisji. Gdy przez system przechodzi bodziec elektromagnetyczny, taki jak fala padająca, elektrony na poziomie gruntu mogą łatwo oscylować i przejść do przejściowego stanu dipola, w którym może nastąpić przejście na wyższy poziom energii. Podobnie, gdy przez układ przepuszczana jest fala padająca, elektrony, które już znajdują się w stanach wzbudzonych i czekają na opadnięcie, mogą z łatwością wejść w przejściowy stan dipolowy w odpowiedzi na zewnętrzną falę elektromagnetyczną i uwolnić nadmiar energii, aby zejść do niższego wzbudzenia. stan lub stan podstawowy. Gdy tak się stanie, ponieważ wiązka padająca w tym przypadku nie zostanie pochłonięta, wyjdzie ona również z układu z nowo uwolnionymi kwantami energii dzięki przejściu elektronu na niższy poziom energetyczny, uwalniając pakiet energii dopasowujący się do energii luka między poszczególnymi państwami. Dlatego też emisję stymulowaną można prognozować w trzech głównych krokach; 1) Wejście fali padającej 2) Elektron w stanie wzbudzonym schodzi do dolnego stanu wzbudzonego lub stanu podstawowego 3) Jednoczesne uwolnienie fali energetycznej niosącej energię, która odpowiada przerwie energetycznej pomiędzy dwoma stanami przejściowymi wraz z transmisją wiązka padająca. We wzmacnianiu światła stosowana jest zasada emisji wymuszonej. Np. Technologia LASEROWA.
Jaka jest różnica między emisją spontaniczną a emisją stymulowaną?
• Emisja spontaniczna nie wymaga zewnętrznego bodźca elektromagnetycznego do uwolnienia energii, podczas gdy emisja stymulowana 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 stymulowanej jest wyższe niż prawdopodobieństwo wystąpienia emisji spontanicznej, ponieważ zewnętrzne bodźce elektromagnetyczne zwiększają prawdopodobieństwo osiągnięcia stanu przejścia dipolowego.
• Poprzez odpowiednie dopasowanie przerw energetycznych i padających częstotliwości, stymulowana emisja może być wykorzystana do znacznego wzmocnienia padającej wiązki promieniowania; natomiast nie jest to możliwe w przypadku emisji spontanicznej.
