Разлика между спонтанната и стимулираната емисия

2024 Автор: Mildred Bawerman | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 08:37

Спонтанна срещу стимулирана емисия

Емисията се отнася до емисията на енергия във фотони, когато електронът преминава между две различни енергийни нива. Характерно е, че атомите, молекулите и други квантови системи са изградени от много енергийни нива, обграждащи ядрото. Електроните се намират в тези електронни нива и често преминават между нивата чрез поглъщане и излъчване на енергия. Когато се осъществи абсорбцията, електроните се преместват в по-високо енергийно състояние, наречено „възбудено състояние“, а енергийната междина между двете нива е равна на количеството абсорбирана енергия. По същия начин електроните в възбудените състояния няма да останат там завинаги. Следователно те се спускат в по-ниско възбудено състояние или на нивото на земята, като излъчват количеството енергия, което съответства на енергийната празнина между двете състояния на преход. Смята се, че тези енергии се абсорбират и освобождават в кванти или пакети от дискретна енергия.

Спонтанна емисия

Това е един метод, при който се извършва емисия, когато електронът преминава от по-високо енергийно ниво към по-ниско енергийно ниво или в основно състояние. Абсорбцията е по-честа от емисиите, тъй като нивото на земята обикновено е по-населено от възбудените състояния. Следователно, повече електрони са склонни да абсорбират енергия и да се възбуждат. Но след този процес на възбуждане, както беше споменато по-горе, електроните не могат да бъдат завинаги в възбудени състояния, тъй като която и да е система предпочита да бъде в по-ниско енергийно стабилно състояние, а не във високо енергийно нестабилно състояние. Следователно, възбудените електрони са склонни да освобождават своята енергия и да се връщат обратно на нивата на земята. При спонтанно излъчване този процес на излъчване се случва без наличието на външен стимул / магнитно поле; оттук и името спонтанно. Това е единствено мярка за привеждане на системата в по-стабилно състояние.

Когато възникне спонтанно излъчване, когато електронът преминава между двете енергийни състояния, енергиен пакет, който отговаря на енергийната междина между двете състояния, се освобождава като вълна. Следователно, спонтанната емисия може да бъде проектирана в две основни стъпки; 1) Електронът в възбудено състояние се свежда до по-ниско възбудено състояние или основно състояние 2) Едновременното освобождаване на енергийна вълна, носеща енергия, която съответства на енергийната междина между двете преходни състояния. По този начин се отделят флуоресценция и топлинна енергия.

Стимулирана емисия

Това е другият метод, при който се извършва емисия, когато електронът преминава от по-високо енергийно ниво към по-ниско енергийно ниво или в основно състояние. Както подсказва името обаче, този път излъчването се извършва под въздействието на външни стимули като външно електромагнитно поле. Когато електронът се премества от едно енергийно състояние в друго, той го прави чрез преходно състояние, което притежава диполно поле и действа като малък дипол. Следователно, когато под въздействието на външно електромагнитно поле се увеличава вероятността електронът да влезе в преходно състояние.

Това важи както за абсорбцията, така и за емисиите. Когато електромагнитен стимул, като падаща вълна, бъде преминат през системата, електроните в нивото на земята могат лесно да трептят и да стигнат до преходно диполно състояние, при което може да се осъществи преходът към по-високо енергийно ниво. По същия начин, когато падаща вълна преминава през системата, електроните, които вече са в възбудени състояния, изчакващи да слязат, могат лесно да влязат в диполното състояние на прехода в отговор на външната електромагнитна вълна и ще освободят излишната си енергия, за да слезе до по-ниско възбудено състояние или основно състояние. Когато това се случи, тъй като падащият лъч не се абсорбира в този случай,той също ще излезе от системата с новоотпуснатите енергийни кванти поради прехода на електрона към по-ниско енергийно ниво, освобождавайки енергиен пакет, за да съответства на енергията на пролуката между съответните състояния. Следователно стимулираните емисии могат да бъдат проектирани в три основни стъпки; 1) Въвеждане на падащата вълна 2) Електронът в възбудено състояние се свежда до по-ниско възбудено състояние или основно състояние 3) Едновременното освобождаване на енергийна вълна, носеща енергия, която съответства на енергийната междина между двете преходни състояния заедно с предаването на падащия лъч. При усилването на светлината се използва принципът на стимулираното излъчване. Например LASER технология.1) Въвеждане на падащата вълна 2) Електронът в възбудено състояние се свежда до по-ниско възбудено състояние или основно състояние 3) Едновременното освобождаване на енергийна вълна, носеща енергия, която съответства на енергийната междина между двете преходни състояния заедно с предаването на падащия лъч. При усилването на светлината се използва принципът на стимулираното излъчване. Например LASER технология.1) Въвеждане на падащата вълна 2) Електронът в възбудено състояние се свежда до по-ниско възбудено състояние или основно състояние 3) Едновременното освобождаване на енергийна вълна, носеща енергия, която съответства на енергийната междина между двете преходни състояния заедно с предаването на падащия лъч. При усилването на светлината се използва принципът на стимулираното излъчване. Например LASER технология.

Каква е разликата между спонтанните и стимулираните емисии?

• Спонтанното излъчване не изисква външен електромагнитен стимул за освобождаване на енергия, докато стимулираното излъчване изисква външни електромагнитни стимули за освобождаване на енергия.

• По време на спонтанно излъчване се освобождава само една енергийна вълна, но по време на стимулирана емисия се освобождават две енергийни вълни.

• Вероятността да се осъществи стимулирана емисия е по-голяма от вероятността да се осъществи спонтанна емисия, тъй като външните електромагнитни стимули увеличават вероятността за достигане на диполното преходно състояние.

• Чрез правилно съвпадение на енергийните пропуски и честотите на падане, стимулираното излъчване може да се използва за значително усилване на падащия лъч на лъчение; като има предвид, че това не е възможно, когато се извършва спонтанно излъчване.