Spontana vs Stimulerade utsläpp
Emission avser emission av energi i fotoner när en elektron övergår mellan två olika energinivåer. Karakteristiskt är att atomer, molekyler och andra kvantsystem består av många energinivåer som omger kärnan. Elektroner finns i dessa elektronnivåer och passerar ofta mellan nivåerna genom absorption och emission av energi. När absorption äger rum, flyttar elektroner till ett högre energitillstånd som kallas ett "exciterat tillstånd", och energigapet mellan de två nivåerna är lika med mängden energi som absorberas. På samma sätt kommer elektroner i de exciterade tillstånden inte att vistas där för alltid. Därför kommer de ner till ett lägre exciterat tillstånd eller till marknivån genom att avge den mängd energi som matchar energigapet mellan de två övergångstillstånden. Man tror att dessa energier absorberas och frigörs i kvanta eller paket av diskret energi.
Spontan Emission
Detta är en metod där emission sker när en elektron övergår från en högre energinivå till en lägre energinivå eller till grundtillstånd. Absorption är mer frekvent än utsläpp eftersom marknivån i allmänhet är mer befolkad än de exciterade staterna. Därför tenderar fler elektroner att absorbera energi och excitera sig själva. Men efter denna excitationsprocess, som nämnts ovan, kan elektroner inte vara i det exciterade tillståndet för alltid eftersom vilket system som helst föredrar att vara i ett stabilt tillstånd med lägre energi snarare än att vara i ett högenergiinstabilt tillstånd. Därför tenderar exciterade elektroner att frigöra sin energi och återvända till marknivån. Vid en spontan emission sker denna emissionsprocess utan närvaro av ett externt stimulus/magnetfält; därav namnet spontant. Det är enbart ett mått på att få systemet till ett mer stabilt tillstånd.
När en spontan emission inträffar, när elektronen övergår mellan de två energitillstånden, frigörs ett energipaket som matchar energigapet mellan de två tillstånden som en våg. Därför kan en spontan emission projiceras i två huvudsteg; 1) Elektron i ett exciterat tillstånd kommer ner till ett lägre exciterat tillstånd eller marktillstånd 2) Den samtidiga frigöringen av en energivåg som bär energi som matchar energigapet mellan de två övergångstillstånden. Fluorescens och termisk energi frigörs på detta sätt.
Stimulerade utsläpp
Detta är den andra metoden där emission sker när en elektron övergår från en högre energinivå till en lägre energinivå eller till grundtillstånd. Men, som namnet antyder, sker denna gång emission under påverkan av yttre stimuli såsom ett externt elektromagnetiskt fält. När en elektron rör sig från ett energitillstånd till ett annat sker det genom ett övergångstillstånd som har ett dipolfält och fungerar som en liten dipol. Därför, när den är under påverkan av ett externt elektromagnetiskt fält, ökar sannolikheten för att elektronen kommer in i övergångstillståndet.
Detta gäller både för absorption och emission. När en elektromagnetisk stimulans såsom en infallande våg passerar genom systemet, kan elektroner i marknivån lätt svänga och komma till övergångsdipoltillståndet varvid övergången till en högre energinivå kan ske. På samma sätt, när en infallande våg passerar genom systemet, kan elektroner som redan är i exciterade tillstånd och väntar på att komma ner lätt gå in i övergångsdipoltillståndet som svar på den externa elektromagnetiska vågen och skulle frigöra sin överskottsenergi för att komma ner till en lägre exciterad våg. tillstånd eller grundtillstånd. När detta händer, eftersom den infallande strålen inte absorberas i detta fall, kommer den också att komma ut ur systemet med de nyligen frigivna energikvantorna på grund av övergången av elektronen till en lägre energinivå och frigör ett energipaket för att matcha energin av gapet mellan de respektive staterna. Därför kan stimulerade utsläpp projiceras i tre huvudsteg; 1) Inträde av den infallande vågen 2) Elektron i ett exciterat tillstånd kommer ner till ett lägre exciterat tillstånd eller marktillstånd 3) Den samtidiga frigöringen av en energivåg som bär energi som matchar energigapet mellan de två övergångstillstånden tillsammans med överföringen av den infallande strålen. Principen om stimulerad emission används vid förstärkning av ljus. T.ex. LASER-teknik.
Vad är skillnaden mellan spontan emission och stimulerad emission?
• Spontan emission kräver inte en extern elektromagnetisk stimulans för att frigöra energi, medan stimulerad emission kräver externa elektromagnetiska stimuli för att frigöra energi.
• Under spontan emission frigörs endast en energivåg, men under stimulerad emission släpps två energivågor.
• Sannolikheten för att stimulerad emission äger rum är högre än sannolikheten för att spontan emission äger rum eftersom externa elektromagnetiska stimuli ökar sannolikheten för att uppnå dipolövergångstillståndet.
• Genom att korrekt matcha energigap och infallande frekvenser kan stimulerad emission användas för att kraftigt förstärka den infallande strålen; medan detta inte är möjligt när spontan emission äger rum.
