Emissió induïda

Emissió induïda

La llum làser és un tipo d'emissió estimulada per radiació.

Es denomina emissió induïda (estimulada) al procés per mig del qual un fotó entrante d'una freqüència específica pot interactuar en un electró atòmic excitat (o un atre estat molecular excitat), provocant que caiga a un nivell d'energia més baix. L'energia lliberada es transferix al camp electromagnètic, creant un nou fotó en una fase, freqüència, polarisació i direcció de desplaçament idèntics als fotons de l'ona incident. Açò contrasta en l'emissió espontànea, que ocorre a una taxa característica per a cada u dels àtoms/osciladors en l'estat d'energia superior independentment del camp electromagnètic extern.

El procés és idèntic en forma a l'absorció atòmica en la que l'energia d'un fotó absorbit provoca una transició atòmica idèntica pero oposta: del nivell més baix a un nivell d'energia més alt. En mijos normals en equilibri tèrmic, l'absorció excedix l'emissió estimulada perque hi ha més electrons en els estats d'energia més baixa que en els estats d'energia més alta. No obstant, quan hi ha una inversió de població , la taxa d'emissió estimulada excedix la d'absorció i es pot conseguir un amplificament òptic net. Dit mig de guany, junt en un ressonador òptic, està en el cor d'un làser o màser. Sense mecanisme de retroalimentación, amplificadors làser i les fonts superluminiscentes també funcionen sobre la base de l'emissió estimulada.

Resumixen

Els electrons i les seues interaccions en els camps electromagnètics són importants en la nostra comprensió de la química i la física. En la visió clàssica, l'energia d'un electró que orbita un núcleu atòmic és major per a les òrbites més alluntades del núcleu d'un àtom. No obstant, els efectes de la mecànica quàntica obliguen als electrons a adoptar posicions discretes en els orbitalés. Per lo tant, els electrons es troben en nivells d'energia específics d'un àtom, dos dels quals es mostren a continuació:

Quan un electró absorbix energia de la llum (fotons) o de la calor ( fononés), rep eixe quant d'energia incident. Pero les transicions solament es permeten entre nivells d'energia discrets, com els dos que es mostren dalt. Açò conduïx a llínees d'emissió i llínees d'absorció.

Quan un electró s'excita d'un nivell d'energia més baix a un més alt, és poc provable que permaneixca aixina per a sempre. Un electró en un estat excitat pot decaure a un estat de menor energia que no està ocupat, d'acort en una constant de temps particular que caracterisa eixa transició. Quan tal electró decau sense influència externa, emetent un fotó, això es diu " emissió espontànea ". La fase i la direcció associades en el fotó que s'emet són aleatòries. Un material en molts àtoms en tal estat excitat pot resultar en radiació que té un espectre estret (centrat al voltant d'una llongitut d'ona de llum), pero els fotons individuals no tindrien una relació de fase comuna i també emanarien en direccions aleatòries. Est és el mecanisme de fluorescència i emissió tèrmica.

Un camp electromagnètic extern a una freqüència associada en una transició pot afectar l'estat mecànic quàntic de l'àtom sense ser absorbit. A mida que l'electró en l'àtom fa una transició entre dos estats estacionarios (cap dels quals mostra un camp dipolar), entra en un estat de transició que té un camp dipolar i que actua com un chicotet dipol elèctric, i este dipol oscila a una freqüència característica. En resposta al camp elèctric extern a esta freqüència, la provabilitat de que l'electró entre en este estat de transició aumenta considerablement. Per lo tant, la taxa de transicions entre dos estats estacionarios aumenta més allà de l'emissió espontànea. Una transició de l'estat de major a menor energia produïx un fotó adicional en la mateixa fase i direcció que el fotó incident; est és el procés d'emissió estimulada .

Història

L'emissió estimulada va ser un descobriment teòric d'Albert Einstein en el marc de l'antiga teoria quàntica, en la que l'emissió es descriu en térmens de fotons que són els quants del camp electro magnètic. L'emissió estimulada també pot ocórrer en models clàssics, sense referència a fotons o mecànica quàntica.