La physique laser: émission stimulée

Dans la vue classique, l'énergie d'un électron en orbite autour d'un noyau atomique est plus grande pour les orbites plus loin du noyau d'un atome. Cependant, les effets mécaniques quantiques forcent les électrons à prendre des positions discrètes dans les orbitales. Ainsi, les électrons se trouvent dans des niveaux d'énergie spécifiques d'un atome,dont sont présentés ci-dessous:

Quand un électron absorbe de l'énergie soit de la lumière (photons) soit de la chaleur (phonons), elle reçoit ce quantum quantique d'énergie. Mais les transitions ne sont autorisées que dans des niveaux d'énergie discrets tels que les deux ci-dessus. Cela conduit à des lignes d'émission et des lignes d'absorption.
Quand un électron est excité d'un niveau d'énergie inférieur à plus élevé, il ne restera pas ainsi pour toujours. Un électron dans un état excité peut se décomposer vers un état d'énergie inférieur qui n'est pas occupé, selon une constante de temps particulière caractérisant cette transition. Lorsqu'un tel électron décompose sans influence externe, émettant un photon, on appelle «émission spontanée». La phase associée au photon émis est aléatoire. Un matériau avec de nombreux atomes dans un tel état excité peut donc entraîner un rayonnement très limité spectralement (centré autour d'une longueur d'onde de la lumière), mais les photons individuels n'auraient pas de relation de phase commune et émanent dans des directions aléatoires. C'est le mécanisme de la fluorescence et des émissions thermiques.
Un champ électromagnétique externe à une fréquence associée à une transition peut affecter l'état mécanique quantique de l'atome. Comme l'électron dans l'atome effectue une transition entre deux états stationnaires (dont aucun ne montre un champ dipolaire), il entre dans un état de transition qui a un champ dipôle et qui agit comme un petit dipôle électrique, et ce dipôle oscille à un Fréquence caractéristique. En réponse au champ électrique externe à cette fréquence, la probabilité que l'atome entrant dans cet état de transition augmente considérablement. Ainsi, le taux de transition entre deux états stationnaires est amélioré au-delà de cela en raison d'une émission spontanée. Une telle transition vers l'état supérieur est appelée absorption, et elle détruit un photon incident (l'énergie du photon est destinée à alimenter l'énergie accrue de l'état supérieur). Une transition de l'état d'énergie plus élevé à un état d'énergie inférieur, cependant, produit un photon supplémentaire; C'est le processus d'émission stimulée.

Next Article: La lumière générée par les émissions stimulées