Spontane vs. stimulierte Emission
Emission bezieht sich auf die Emission von Energie in Photonen, wenn ein Elektron zwischen zwei verschiedenen Energieniveaus wechselt. Charakteristischerweise bestehen Atome, Moleküle und andere Quantensysteme aus vielen Energieniveaus, die den Kern umgeben. Elektronen befinden sich in diesen Elektronenebenen und wechseln häufig zwischen den Ebenen durch Absorption und Emission von Energie. Wenn eine Absorption stattfindet, bewegen sich Elektronen in einen höheren Energiezustand, der als „angeregter Zustand“bezeichnet wird, und die Energielücke zwischen den beiden Niveaus entspricht der absorbierten Energiemenge. Ebenso werden Elektronen in den angeregten Zuständen dort nicht für immer verweilen. Daher kommen sie in einen niedrigeren angeregten Zustand oder auf das Grundniveau, indem sie die Energiemenge emittieren, die der Energielücke zwischen den beiden Übergangszuständen entspricht. Es wird angenommen, dass diese Energien in Quanten oder Paketen diskreter Energie absorbiert und abgegeben werden.
Spontane Emission
Dies ist eine Methode, bei der eine Emission stattfindet, wenn ein Elektron von einem höheren Energieniveau auf ein niedrigeres Energieniveau oder in den Grundzustand übergeht. Absorption ist häufiger als Emission, da das Bodenniveau im Allgemeinen stärker besiedelt ist als die angeregten Zustände. Daher neigen mehr Elektronen dazu, Energie zu absorbieren und sich selbst anzuregen. Aber nach diesem Anregungsprozess können sich Elektronen, wie oben erwähnt, nicht für immer in den angeregten Zuständen befinden, da jedes System es vorzieht, in einem stabilen Zustand mit niedrigerer Energie zu sein, anstatt in einem instabilen Zustand mit hoher Energie zu sein. Daher neigen angeregte Elektronen dazu, ihre Energie abzugeben und zum Grundniveau zurückzukehren. Bei einer spontanen Emission findet dieser Emissionsvorgang ohne das Vorhandensein eines externen Stimulus/Magnetfelds statt; daher der Name spontan. Es ist lediglich eine Maßnahme, um das System in einen stabileren Zustand zu bringen.
Wenn eine spontane Emission auftritt, während das Elektron zwischen den beiden Energiezuständen übergeht, wird ein Energiepaket, das der Energielücke zwischen den beiden Zuständen entspricht, als Welle freigesetzt. Daher kann eine spontane Emission in zwei Hauptschritten projiziert werden; 1) Elektron in einem angeregten Zustand geht in einen niedrigeren angeregten Zustand oder Grundzustand über. 2) Die gleichzeitige Freisetzung einer Energiewelle, die Energie trägt, die der Energielücke zwischen den beiden Übergangszuständen entspricht. Fluoreszenz und thermische Energie werden so freigesetzt.
Stimulierte Emission
Dies ist die andere Methode, bei der eine Emission stattfindet, wenn ein Elektron von einem höheren Energieniveau auf ein niedrigeres Energieniveau oder in den Grundzustand übergeht. Wie der Name schon sagt, findet die Emission dieses Mal jedoch unter dem Einfluss äußerer Reize statt, beispielsweise eines äußeren elektromagnetischen Felds. Wenn sich ein Elektron von einem Energiezustand in einen anderen bewegt, geschieht dies durch einen Übergangszustand, der ein Dipolfeld besitzt und wie ein kleiner Dipol wirkt. Unter dem Einfluss eines externen elektromagnetischen Feldes wird daher die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass das Elektron in den Übergangszustand eintritt.
Dies gilt sowohl für die Absorption als auch für die Emission. Wenn ein elektromagnetischer Stimulus, wie beispielsweise eine einfallende Welle, durch das System geleitet wird, können Elektronen in der Grundebene leicht oszillieren und in den Übergangsdipolzustand gelangen, wodurch der Übergang zu einem höheren Energieniveau stattfinden könnte. Wenn eine einfallende Welle durch das System geleitet wird, könnten Elektronen, die sich bereits in angeregten Zuständen befinden und darauf warten, herunterzukommen, als Reaktion auf die externe elektromagnetische Welle leicht in den Übergangsdipolzustand eintreten und würden ihre überschüssige Energie freisetzen, um zu einem niedrigeren angeregten Zustand herunterzukommen Zustand oder Grundzustand. Da der einfallende Strahl in diesem Fall nicht absorbiert wird, tritt er in diesem Fall auch mit den neu freigesetzten Energiequanten aus dem System aus, da das Elektron auf ein niedrigeres Energieniveau übergeht und ein Energiepaket freisetzt, das der Energie von entspricht die Kluft zwischen den jeweiligen Staaten. Daher kann die stimulierte Emission in drei Hauptschritten projiziert werden; 1) Eintritt der einfallenden Welle 2) Elektron in einem angeregten Zustand geht in einen niedrigeren angeregten Zustand oder Grundzustand über 3) Gleichzeitige Freisetzung einer Energiewelle, die Energie trägt, die der Energielücke zwischen den beiden Übergangszuständen entspricht, zusammen mit der Übertragung von der einfallende Strahl. Bei der Lichtverstärkung wird das Prinzip der stimulierten Emission genutzt. Z. B. LASER-Technologie.
Was ist der Unterschied zwischen spontaner Emission und stimulierter Emission?
• Spontane Emission erfordert keinen externen elektromagnetischen Stimulus, um Energie freizusetzen, während stimulierte Emission externe elektromagnetische Stimuli erfordert, um Energie freizusetzen.
• Während der spontanen Emission wird nur eine Energiewelle freigesetzt, aber während der stimulierten Emission werden zwei Energiewellen freigesetzt.
• Die Wahrscheinlichkeit einer stimulierten Emission ist höher als die Wahrscheinlichkeit einer spontanen Emission, da externe elektromagnetische Stimuli die Wahrscheinlichkeit erhöhen, den Dipol-Übergangszustand zu erreichen.
• Durch richtiges Anpassen der Energielücken und einfallenden Frequenzen kann die stimulierte Emission verwendet werden, um den einfallenden Strahlungsstrahl stark zu verstärken; während dies bei einer spontanen Emission nicht möglich ist.
