Emissió estimulada
De Viquipèdia
L'emissió estimulada és el procés pel qual un electró d'un à tom o molècula en un estat excitat és pertorbat per un fotó incident i cau a un estat de menor energia, amb la consegüent emissió d'un segon fotó, idèntic al fotó incident (mateixa freqüència i fase). Es tracta d'un dels processos bà sics d'interacció radiació-matèria (els altres dos són l'absorció i l'emissió espontà nia). A diferència del què passa a l'absorció, en aquest procés el fotó incident no desapareix. El procés és totalment quà ntic, tot i que es pot entendre amb un tractament semiclà ssic (descripció clà ssica del camp electromagnètic i descripció quà ntica de l'à tom), i és la base de funcionament del là ser, per exemple.
En presència d'un camp electromagnètic extern, un à tom oscil·larà com un dipol i una conseqüència d'aquesta oscil·lació és que afavoreix la caiguda dels electrons cap a nivells més baixos d'energia i, consegüentment, l'emissió de radiació electromagnètica. Quan els fotons incidents (és a dir, el camp electromagnètic) tenen una freqüència que coincideix amb alguna transició entre dos estats electrònics qualssevol de l'à tom o molècula, els fotons emesos tindran la mateixa fase, la mateixa freqüència i la mateixa direcció que els incidents.
Per modelar el procés suposem que un electró es troba inicialment en un estat excitat d'energia E2 i que també existeix l'estat de menor energia E1; si aquest à tom és pertorbat per un fotó la freqüència del qual és
és a dir, coincideix amb l'interval d'energia entre els dos nivells, s'emetrà un fotó idèntic al primer (h és la constant de Planck). El procés està representat esquemà ticament a continuació:
En un grup de N à toms o molècules en estat excitat i pertorbats per una densitat de fotons Ï(ν) la velocitat a què es produeix el procés d'emissió estimulada (i, per tant, l'emissió de fotons) és donada per la relació
on B21 s'anomena coeficient B d'Einstein i és particular per a cada transició entre estats considerada. Fixem-nos que el ritme de transició és directament proporcional al nombre d'à toms en estat excitat i també a la densitat de fotons de la radiació incident. Malgrat que la solució d'aquesta equació diferencial és una funció exponencial decreixent (vegeu emissió espontà nia), en presència de fotons incidents també es produeix el procés d'absorció, de manera que en realitat s'ha de solucionar aquesta equació però ampliada amb el terme corresponent a l'absorció. Cal remarcar que el punt clau de l'emissió estimulada és que els fotons emesos són idèntics als incidents, i això dóna lloc a que la llum emesa sigui coherent, caracterÃstica bà sica per comprendre els processos d'interferència en òptica.
