Spontan vs. Stimuleret emission
Emission refererer til emission af energi i fotoner, når en elektron skifter mellem to forskellige energiniveauer. Karakteristisk er atomer, molekyler og andre kvantesystemer opbygget af mange energiniveauer, der omgiver kernen. Elektroner befinder sig i disse elektronniveauer og passerer ofte mellem niveauer ved absorption og emission af energi. Når absorption finder sted, bevæger elektroner sig til en højere energitilstand kaldet en 'exciteret tilstand', og energigabet mellem de to niveauer er lig med mængden af absorberet energi. Ligeledes vil elektroner i de exciterede tilstande ikke opholde sig der for evigt. Derfor kommer de ned til en lavere exciteret tilstand eller til jordniveau ved at udsende den mængde energi, der matcher energigabet mellem de to overgangstilstande. Det antages, at disse energier absorberes og frigives i kvanter eller pakker af diskret energi.
Spontanemission
Dette er en metode, hvor emission finder sted, når en elektron går fra et højere energiniveau til et lavere energiniveau eller til grundtilstanden. Absorption er hyppigere end emission, da jordoverfladen generelt er mere befolket end de exciterede stater. Derfor har flere elektroner en tendens til at absorbere energi og ophidse sig selv. Men efter denne excitationsproces, som nævnt ovenfor, kan elektroner ikke være i de exciterede tilstande for evigt, da ethvert system foretrækker at være i en lavere energistabil tilstand frem for at være i en højenergi-ustabil tilstand. Derfor har ophidsede elektroner en tendens til at frigive deres energi og vende tilbage til jordniveauet. I en spontan emission sker denne emissionsproces uden tilstedeværelsen af en ekstern stimulus/magnetisk felt; deraf navnet spontant. Det er udelukkende et mål for at bringe systemet til en mere stabil tilstand.
Når der opstår en spontan emission, når elektronen skifter mellem de to energitilstande, frigives en energipakke, der matcher energigabet mellem de to tilstande, som en bølge. Derfor kan en spontan emission fremskrives i to hovedtrin; 1) Elektron i en exciteret tilstand kommer ned til en lavere exciteret tilstand eller grundtilstand 2) Den samtidige frigivelse af en energibølge, der bærer energi, der matcher energigabet mellem de to overgangstilstande. Fluorescens og termisk energi frigives på denne måde.
Stimuleret emission
Dette er den anden metode, hvor emission finder sted, når en elektron går fra et højere energiniveau til et lavere energiniveau eller til grundtilstanden. Men som navnet antyder, sker emission denne gang under påvirkning af eksterne stimuli såsom et eksternt elektromagnetisk felt. Når en elektron bevæger sig fra en energitilstand til en anden, sker det gennem en overgangstilstand, som har et dipolfelt og fungerer som en lille dipol. Derfor, når under påvirkning af et eksternt elektromagnetisk felt, øges sandsynligheden for, at elektronen går ind i overgangstilstanden.
Dette gælder både for absorption og emission. Når en elektromagnetisk stimulus, såsom en indfaldende bølge, føres gennem systemet, kan elektroner i jordniveau let oscillere og komme til overgangsdipoltilstanden, hvorved overgangen til et højere energiniveau kunne finde sted. Ligeledes, når en indfaldende bølge passerer gennem systemet, kan elektroner, der allerede er i exciterede tilstande og venter på at komme ned, nemt gå ind i overgangsdipoltilstanden som reaktion på den eksterne elektromagnetiske bølge og ville frigive sin overskydende energi for at komme ned til en lavere exciteret tilstand eller grundtilstand. Når dette sker, da den indfaldende stråle ikke absorberes i dette tilfælde, vil den også komme ud af systemet med de nyligt frigivne energikvanter på grund af elektronens overgang til et lavere energiniveau, hvilket frigiver en energipakke, der matcher energien af kløften mellem de respektive stater. Derfor kan stimuleret emission fremskrives i tre hovedtrin; 1) Indtræden af den indfaldende bølge 2) Elektron i en exciteret tilstand kommer ned til en lavere exciteret tilstand eller grundtilstand 3) Den samtidige frigivelse af en energibølge, der bærer energi, der matcher energigabet mellem de to overgangstilstande sammen med transmissionen af den indfaldende stråle. Princippet om stimuleret emission bruges til forstærkning af lys. For eksempel. LASER-teknologi.
Hvad er forskellen mellem spontan emission og stimuleret emission?
• Spontan emission kræver ikke en ekstern elektromagnetisk stimulus for at frigive energi, hvorimod stimuleret emission kræver eksterne elektromagnetiske stimuli for at frigive energi.
• Under spontan emission frigives kun én energibølge, men under stimuleret emission frigives to energibølger.
• Sandsynligheden for, at stimuleret emission finder sted, er højere end sandsynligheden for, at spontan emission finder sted, da eksterne elektromagnetiske stimuli øger sandsynligheden for at opnå dipolovergangstilstanden.
• Ved korrekt afstemning af energigab og indfaldsfrekvenser kan stimuleret emission bruges til at forstærke den indfaldende strålingsstråle kraftigt; hvorimod dette ikke er muligt, når spontan emission finder sted.
