Αυθόρμητη έναντι διεγερμένης εκπομπής
Η εκπομπή αναφέρεται στην εκπομπή ενέργειας στα φωτόνια όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταβαίνει μεταξύ δύο διαφορετικών ενεργειακών επιπέδων. Χαρακτηριστικά, τα άτομα, τα μόρια και άλλα κβαντικά συστήματα αποτελούνται από πολλά επίπεδα ενέργειας που περιβάλλουν τον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε αυτά τα επίπεδα ηλεκτρονίων και συχνά διέρχονται μεταξύ των επιπέδων με την απορρόφηση και την εκπομπή ενέργειας. Όταν λαμβάνει χώρα η απορρόφηση, τα ηλεκτρόνια μετακινούνται σε μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση που ονομάζεται «διεγερμένη κατάσταση» και το ενεργειακό χάσμα μεταξύ των δύο επιπέδων ισούται με την ποσότητα ενέργειας που απορροφάται. Ομοίως, τα ηλεκτρόνια στις διεγερμένες καταστάσεις δεν θα μένουν εκεί για πάντα. Επομένως, κατέρχονται σε μια χαμηλότερη διεγερμένη κατάσταση ή στο επίπεδο του εδάφους εκπέμποντας την ποσότητα ενέργειας που ταιριάζει με το ενεργειακό χάσμα μεταξύ των δύο καταστάσεων μετάβασης. Πιστεύεται ότι αυτές οι ενέργειες απορροφώνται και απελευθερώνονται σε κβάντα ή πακέτα διακριτής ενέργειας.
Αυθόρμητη Εκπομπή
Αυτή είναι μια μέθοδος στην οποία λαμβάνει χώρα εκπομπή όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταβαίνει από ένα υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο σε ένα χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο ή στη βασική κατάσταση. Η απορρόφηση είναι πιο συχνή από την εκπομπή καθώς το επίπεδο του εδάφους είναι γενικά πιο πυκνοκατοικημένο από τις διεγερμένες καταστάσεις. Επομένως, περισσότερα ηλεκτρόνια τείνουν να απορροφούν ενέργεια και να διεγείρονται. Αλλά μετά από αυτή τη διαδικασία διέγερσης, όπως προαναφέρθηκε, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να βρίσκονται σε διεγερμένες καταστάσεις για πάντα, καθώς οποιοδήποτε σύστημα ευνοεί να βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας παρά σε ασταθή κατάσταση υψηλής ενέργειας. Επομένως, τα διεγερμένα ηλεκτρόνια τείνουν να απελευθερώνουν την ενέργειά τους και να επιστρέφουν πίσω στα επίπεδα του εδάφους. Σε μια αυθόρμητη εκπομπή, αυτή η διαδικασία εκπομπής συμβαίνει χωρίς την παρουσία εξωτερικού ερεθίσματος/μαγνητικού πεδίου. εξ ου και η ονομασία αυθόρμητη. Είναι μόνο ένα μέτρο για να φέρει το σύστημα σε μια πιο σταθερή κατάσταση.
Όταν συμβαίνει μια αυθόρμητη εκπομπή, καθώς τα ηλεκτρόνια μεταβαίνουν μεταξύ των δύο ενεργειακών καταστάσεων, ένα ενεργειακό πακέτο που ταιριάζει με το ενεργειακό χάσμα μεταξύ των δύο καταστάσεων απελευθερώνεται ως κύμα. Επομένως, μια αυθόρμητη εκπομπή μπορεί να προβληθεί σε δύο κύρια βήματα. 1) Το ηλεκτρόνιο σε διεγερμένη κατάσταση έρχεται σε χαμηλότερη διεγερμένη κατάσταση ή θεμελιώδη κατάσταση 2) Η ταυτόχρονη απελευθέρωση ενός ενεργειακού κύματος που μεταφέρει ενέργεια που ταιριάζει με το ενεργειακό χάσμα μεταξύ των δύο μεταβατικών καταστάσεων. Ο φθορισμός και η θερμική ενέργεια απελευθερώνονται με αυτόν τον τρόπο.
Διεγερμένη εκπομπή
Αυτή είναι η άλλη μέθοδος στην οποία λαμβάνει χώρα εκπομπή όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταβαίνει από ένα υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο σε ένα χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο ή στη θεμελιώδη κατάσταση. Ωστόσο, όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτή τη φορά η εκπομπή λαμβάνει χώρα υπό την επίδραση εξωτερικών ερεθισμάτων όπως ένα εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από τη μια ενεργειακή κατάσταση στην άλλη, το κάνει μέσω μιας μεταβατικής κατάστασης που διαθέτει ένα διπολικό πεδίο και λειτουργεί σαν ένα μικρό δίπολο. Επομένως, όταν υπό την επίδραση ενός εξωτερικού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου η πιθανότητα του ηλεκτρονίου να εισέλθει στη μεταβατική κατάσταση αυξάνεται.
Αυτό ισχύει τόσο για την απορρόφηση όσο και για την εκπομπή. Όταν ένα ηλεκτρομαγνητικό ερέθισμα, όπως ένα προσπίπτον κύμα, διέρχεται από το σύστημα, τα ηλεκτρόνια στο επίπεδο του εδάφους μπορούν εύκολα να ταλαντωθούν και να έρθουν στη διπολική κατάσταση μετάβασης όπου θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί η μετάβαση σε ένα υψηλότερο επίπεδο ενέργειας. Ομοίως, όταν ένα προσπίπτον κύμα διέρχεται από το σύστημα, τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται ήδη σε διεγερμένες καταστάσεις και περιμένουν να κατέβουν θα μπορούσαν εύκολα να εισέλθουν στη μεταβατική διπολική κατάσταση ως απόκριση στο εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό κύμα και θα απελευθερώσουν την περίσσεια ενέργειά του για να κατέβουν σε χαμηλότερο διεγερμένο κατάσταση ή θεμελιώδη κατάσταση. Όταν συμβεί αυτό, δεδομένου ότι η προσπίπτουσα δέσμη δεν απορροφάται σε αυτήν την περίπτωση, θα βγει επίσης από το σύστημα με τα πρόσφατα απελευθερωμένα ενεργειακά κβάντα λόγω της μετάβασης του ηλεκτρονίου σε χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο απελευθερώνοντας ένα ενεργειακό πακέτο που ταιριάζει με την ενέργεια του το χάσμα μεταξύ των αντίστοιχων κρατών. Επομένως, η διεγερμένη εκπομπή μπορεί να προβληθεί σε τρία κύρια βήματα. 1) Είσοδος στο προσπίπτον κύμα 2) Το ηλεκτρόνιο σε διεγερμένη κατάσταση έρχεται σε χαμηλότερη διεγερμένη κατάσταση ή θεμελιώδη κατάσταση 3) Η ταυτόχρονη απελευθέρωση ενός ενεργειακού κύματος που μεταφέρει ενέργεια που ταιριάζει με το ενεργειακό χάσμα μεταξύ των δύο καταστάσεων μετάπτωσης μαζί με τη μετάδοση την προσπίπτουσα δέσμη. Η αρχή της διεγερμένης εκπομπής χρησιμοποιείται στην ενίσχυση του φωτός. Π.χ. Τεχνολογία LASER.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της αυθόρμητης εκπομπής και της διεγερμένης εκπομπής;
• Η αυθόρμητη εκπομπή δεν απαιτεί εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό ερέθισμα για την απελευθέρωση ενέργειας, ενώ η διεγερμένη εκπομπή απαιτεί εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά ερεθίσματα για την απελευθέρωση ενέργειας.
• Κατά τη διάρκεια της αυθόρμητης εκπομπής, απελευθερώνεται μόνο ένα ενεργειακό κύμα, αλλά κατά τη διεγερμένη εκπομπή απελευθερώνονται δύο ενεργειακά κύματα.
• Η πιθανότητα διεγερμένης εκπομπής είναι μεγαλύτερη από την πιθανότητα να λάβει χώρα αυθόρμητη εκπομπή καθώς τα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά ερεθίσματα αυξάνουν την πιθανότητα επίτευξης της μεταβατικής κατάστασης του διπόλου.
• Με την κατάλληλη αντιστοίχιση των ενεργειακών κενών και των συχνοτήτων πρόσπτωσης, η διεγερμένη εκπομπή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ενισχύσει σημαντικά την προσπίπτουσα δέσμη ακτινοβολίας. λαμβάνοντας υπόψη ότι αυτό δεν είναι δυνατό όταν λαμβάνει χώρα αυθόρμητη εκπομπή.
