Спонтанная и стимулированная эмиссия
Эмиссия относится к излучению энергии в фотонах, когда электрон переходит между двумя разными энергетическими уровнями. Характерно, что атомы, молекулы и другие квантовые системы состоят из множества энергетических уровней, окружающих ядро. Электроны находятся на этих электронных уровнях и часто перемещаются между уровнями за счет поглощения и испускания энергии. Когда происходит поглощение, электроны переходят в более высокое энергетическое состояние, называемое «возбужденным состоянием», а энергетический зазор между двумя уровнями равен количеству поглощенной энергии. Точно так же электроны в возбужденных состояниях не будут оставаться там вечно. Поэтому они переходят в более низкое возбужденное состояние или на основной уровень, излучая количество энергии, соответствующее энергетической щели между двумя переходными состояниями. Считается, что эти энергии поглощаются и высвобождаются в виде квантов или пакетов дискретной энергии.
Спонтанное излучение
Это один из методов, в котором излучение происходит, когда электрон переходит с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень или в основное состояние. Поглощение происходит чаще, чем излучение, поскольку основной уровень обычно более населен, чем возбужденные состояния. Следовательно, большее количество электронов имеет тенденцию поглощать энергию и возбуждаться. Но после этого процесса возбуждения, как упоминалось выше, электроны не могут вечно находиться в возбужденных состояниях, поскольку любая система предпочитает находиться в стабильном состоянии с более низкой энергией, а не в нестабильном состоянии с высокой энергией. Поэтому возбужденные электроны имеют тенденцию высвобождать свою энергию и возвращаться обратно на основные уровни. При спонтанном излучении этот процесс излучения происходит без присутствия внешнего стимула/магнитного поля; отсюда и название самопроизвольный. Это исключительно мера приведения системы в более стабильное состояние.
Когда происходит спонтанное излучение, когда электрон переходит между двумя энергетическими состояниями, энергетический пакет, соответствующий энергетической щели между двумя состояниями, высвобождается в виде волны. Следовательно, спонтанное излучение можно спроектировать в два основных этапа; 1) Электрон в возбужденном состоянии переходит в более низкое возбужденное или основное состояние. 2) Одновременное высвобождение энергетической волны, несущей энергию, которая соответствует энергетической щели между двумя переходными состояниями. Таким образом высвобождается флуоресценция и тепловая энергия.
Стимулированная эмиссия
Это другой метод, в котором излучение происходит, когда электрон переходит с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень или в основное состояние. Однако, как следует из названия, на этот раз излучение происходит под влиянием внешних раздражителей, таких как внешнее электромагнитное поле. Когда электрон переходит из одного энергетического состояния в другое, он делает это через переходное состояние, которое обладает дипольным полем и действует как маленький диполь. Поэтому при воздействии внешнего электромагнитного поля вероятность перехода электрона в переходное состояние увеличивается.
Это справедливо как для поглощения, так и для излучения. Когда электромагнитный стимул, такой как падающая волна, проходит через систему, электроны на основном уровне могут легко колебаться и переходить в переходное дипольное состояние, посредством чего может иметь место переход на более высокий энергетический уровень. Точно так же, когда через систему проходит падающая волна, электроны, которые уже находятся в возбужденных состояниях, ожидающих выхода, могут легко перейти в переходное дипольное состояние в ответ на внешнюю электромагнитную волну и высвободить свою избыточную энергию, чтобы перейти в более низкое возбужденное состояние. состояние или основное состояние. При этом, поскольку падающий пучок в данном случае не поглощается, он также будет выходить из системы с вновь высвобожденными квантами энергии за счет перехода электрона на более низкий энергетический уровень с выделением энергетического пакета, соответствующего энергии разрыв между соответствующими состояниями. Следовательно, вынужденное излучение можно спроектировать в три основных этапа; 1) Вхождение падающей волны 2) Электрон в возбужденном состоянии спускается в более низкое возбужденное или основное состояние 3) Одновременное высвобождение энергетической волны, несущей энергию, которая соответствует энергетической щели между двумя переходными состояниями, наряду с передачей падающий пучок. При усилении света используется принцип вынужденного излучения. Например. ЛАЗЕРНАЯ технология.
В чем разница между спонтанной эмиссией и стимулированной эмиссией?
• Спонтанное излучение не требует внешнего электромагнитного стимула для высвобождения энергии, тогда как вынужденное излучение требует внешнего электромагнитного стимула для высвобождения энергии.
• При спонтанном излучении выделяется только одна энергетическая волна, а при стимулированном излучении выделяются две энергетические волны.
• Вероятность вынужденного излучения выше, чем вероятность спонтанного излучения, поскольку внешние электромагнитные стимулы увеличивают вероятность достижения дипольного переходного состояния.
• При правильном согласовании энергетических зазоров и падающих частот вынужденное излучение может быть использовано для значительного усиления падающего пучка излучения; тогда как это невозможно при спонтанном излучении.
