Unterschied zwischen spontaner und stimulierter Emission

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 Elektronenniveaus und gehen oft durch Absorption und Emission von Energie zwischen Ebenen über. Wenn eine Absorption stattfindet, bewegen sich die Elektronen in einen höheren Energiezustand, der als "angeregter Zustand" bezeichnet wird, und die Energielücke zwischen den beiden Ebenen entspricht der Menge der absorbierten Energie. Ebenso werden Elektronen in den angeregten Zuständen nicht für immer dort bleiben. Daher kommen sie in einen niedrigeren angeregten Zustand oder auf den Boden, indem sie die Energiemenge abgeben, die der Energielücke zwischen den beiden Übergangszuständen entspricht. Es wird angenommen, dass diese Energien in Quanten oder Paketen diskreter Energie absorbiert und freigesetzt werden.

Spontane Emission

Dies ist eine Methode, bei der die Emission stattfindet, wenn ein Elektron von einem höheren Energieniveau zu einem niedrigeren Energieniveau oder in den Grundzustand übergeht. Die Absorption ist häufiger als die Emission, da der Bodenniveau im Allgemeinen stärker besiedelt ist als die angeregten Zustände. Daher neigen mehr Elektronen dazu, Energie zu absorbieren und sich selbst anzuregen. Nach diesem Erregungsprozess können Elektronen jedoch, wie oben erwähnt, nicht für immer in den angeregten Zuständen sein, da ein System es bevorzugt, in einem stabilen Zustand mit niedrigerer Energie statt in einem instabilen Zustand mit hoher Energie zu sein. Daher neigen angeregte Elektronen dazu, ihre Energie freizusetzen und auf die Bodenhöhe zurückzukehren. Bei einer spontanen Emission geschieht dieser Emissionsvorgang ohne das Vorhandensein eines äußeren Stimulus / Magnetfelds; 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 wechselt, wird ein Energiepaket als Anpassung an die Energielücke zwischen den beiden Zuständen freigesetzt. Daher kann eine spontane Emission in zwei Hauptschritten projiziert werden; 1) Elektron im 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. Dadurch werden Fluoreszenz und Wärmeenergie freigesetzt.

Stimulierte Emission

Dies ist die andere Methode, bei der die Emission stattfindet, wenn ein Elektron von einem höheren Energieniveau zu einem niedrigeren Energieniveau oder in den Grundzustand übergeht. Wie der Name schon sagt, erfolgt diese Zeitemission jedoch unter dem Einfluss von äußeren Reizen, wie beispielsweise einem externen elektromagnetischen Feld. Wenn sich ein Elektron von einem Energiezustand in einen anderen bewegt, durchläuft es einen Übergangszustand, der ein Dipolfeld besitzt und wie ein kleiner Dipol wirkt. Wenn daher unter dem Einfluss eines äußeren elektromagnetischen Feldes die Wahrscheinlichkeit besteht, dass das Elektron in den Übergangszustand eintritt, steigt die Wahrscheinlichkeit.

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 Bodennähe 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, herunterzufahren, als Reaktion auf die externe elektromagnetische Welle leicht in den Übergangsdipolzustand eintreten und würden ihre überschüssige Energie freisetzen, um auf eine niedrigere Anregung zu kommen Zustand oder Grundzustand. Wenn dies eintritt, da der einfallende Strahl in diesem Fall nicht absorbiert wird, kommt er auch mit den neu freigesetzten Energiequanten aufgrund des Übergangs des Elektrons zu einem niedrigeren Energiepegel aus dem System heraus, wodurch ein Energiepaket freigesetzt wird, um die Energie von abzustimmen die Lücke 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 tieferen angeregten Zustand oder Grundzustand über. 3) Die 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 angewendet. Z.B. Lasertechnologie.

Was ist der Unterschied zwischen spontaner Emission und stimulierter Emission??

• Für die spontane Emission ist kein externer elektromagnetischer Stimulus erforderlich, um Energie freizusetzen, wohingegen die stimulierte Emission externe elektromagnetische Stimuli benötigt, um Energie freizusetzen.

• Während der spontanen Emission wird nur eine Energiewelle ausgelöst, während bei der stimulierten Emission zwei Energiewellen freigesetzt werden.

• Die Wahrscheinlichkeit, dass eine stimulierte Emission stattfindet, ist höher als die Wahrscheinlichkeit, dass eine spontane Emission stattfindet, da externe elektromagnetische Reize die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass der Dipolübergangszustand erreicht wird.

• Durch geeignete Abstimmung der Energielücken und der Einfallsfrequenzen kann die stimulierte Emission verwendet werden, um den einfallenden Strahlungsstrahl stark zu verstärken. Dies ist jedoch bei spontaner Emission nicht möglich.