Spontan vs. stimulert utslipp
Emisjon refererer til utslipp av energi i fotoner når et elektron går i overgang mellom to forskjellige energinivåer. Karakteristisk er atomer, molekyler og andre kvantesystemer bygd opp av mange energinivåer som omgir kjernen. Elektroner ligger i disse elektronnivåene og passerer ofte mellom nivåene ved absorpsjon og emisjon av energi. Når absorpsjon finner sted, beveger elektroner seg til en høyere energitilstand k alt en "eksitert tilstand", og energigapet mellom de to nivåene tilsvarer mengden energi som absorberes. På samme måte vil ikke elektroner i eksiterte tilstander oppholde seg der for alltid. Derfor kommer de ned til en lavere eksitert tilstand eller til bakkenivå ved å sende ut mengden energi som samsvarer med energigapet mellom de to overgangstilstandene. Det antas at disse energiene absorberes og frigjøres i kvanter eller pakker med diskret energi.
spontane utslipp
Dette er en metode der emisjon finner sted når et elektron går over fra et høyere energinivå til et lavere energinivå eller til grunntilstand. Absorpsjon er hyppigere enn utslipp da bakkenivået generelt er mer befolket enn de spente statene. Derfor har flere elektroner en tendens til å absorbere energi og begeistre seg selv. Men etter denne eksitasjonsprosessen, som nevnt ovenfor, kan ikke elektroner være i eksiterte tilstander for alltid, da ethvert system favoriserer å være i en lavere energistabil tilstand i stedet for å være i en høyenergi ustabil tilstand. Derfor har opphissede elektroner en tendens til å frigjøre energien og gå tilbake til bakkenivået. I en spontan emisjon skjer denne emisjonsprosessen uten tilstedeværelse av en ekstern stimulus/magnetisk felt; derav navnet spontant. Det er utelukkende et tiltak for å bringe systemet til en mer stabil tilstand.
Når det oppstår en spontan emisjon, når elektronet går over mellom de to energitilstandene, frigjøres en energipakke som samsvarer med energigapet mellom de to tilstandene som en bølge. Derfor kan et spontant utslipp projiseres i to hovedtrinn; 1) Elektron i en eksitert tilstand kommer ned til en lavere eksitert tilstand eller grunntilstand 2) Den samtidige frigjøringen av en energibølge som bærer energi som samsvarer med energigapet mellom de to overgangstilstandene. Fluorescens og termisk energi frigjøres på denne måten.
stimulert utslipp
Dette er den andre metoden der emisjon finner sted når et elektron går over fra et høyere energinivå til et lavere energinivå eller til grunntilstand. Men som navnet antyder, skjer denne gangen emisjon under påvirkning av ytre stimuli som et eksternt elektromagnetisk felt. Når et elektron beveger seg fra en energitilstand til en annen, gjør det det gjennom en overgangstilstand som har et dipolfelt og fungerer som en liten dipol. Derfor, når under påvirkning av et eksternt elektromagnetisk felt, økes sannsynligheten for at elektronet går inn i overgangstilstanden.
Dette gjelder både absorpsjon og utslipp. Når en elektromagnetisk stimulus som en innfallende bølge passerer gjennom systemet, kan elektroner i bakkenivå lett oscillere og komme til overgangsdipoltilstanden hvorved overgangen til et høyere energinivå kan finne sted. På samme måte, når en innfallende bølge passerer gjennom systemet, kan elektroner som allerede er i eksiterte tilstander og venter på å komme ned lett gå inn i overgangsdipoltilstanden som svar på den eksterne elektromagnetiske bølgen og vil frigjøre overskuddsenergien for å komme ned til en lavere eksitert tilstand eller grunntilstand. Når dette skjer, siden den innfallende strålen ikke absorberes i dette tilfellet, vil den også komme ut av systemet med de nylig frigjorte energikvantene på grunn av overgangen av elektronet til et lavere energinivå som frigjør en energipakke for å matche energien til gapet mellom de respektive statene. Derfor kan stimulert utslipp projiseres i tre hovedtrinn; 1) Inntreden av den innfallende bølgen 2) Elektron i en eksitert tilstand kommer ned til en lavere eksitert tilstand eller grunntilstand 3) Den samtidige frigjøringen av en energibølge som bærer energi som samsvarer med energigapet mellom de to overgangstilstandene sammen med overføring av hendelsesstrålen. Prinsippet om stimulert emisjon brukes i forsterkning av lys. f.eks. LASER-teknologi.
Hva er forskjellen mellom spontan utslipp og stimulert utslipp?
• Spontan emisjon krever ikke en ekstern elektromagnetisk stimulans for å frigjøre energi, mens stimulert emisjon krever eksterne elektromagnetiske stimuli for å frigjøre energi.
• Under spontan emisjon frigjøres bare én energibølge, men under stimulert emisjon frigjøres to energibølger.
• Sannsynligheten for at stimulert emisjon finner sted er høyere enn sannsynligheten for at spontan emisjon finner sted ettersom eksterne elektromagnetiske stimuli øker sannsynligheten for å oppnå dipolovergangstilstanden.
• Ved å matche energigapene og innfallsfrekvensene på riktig måte, kan stimulert emisjon brukes til å forsterke den innfallende strålingsstrålen kraftig; mens dette ikke er mulig når spontan utslipp finner sted.
