Verschil tussen spontane en gestimuleerde emissie

Spontane versus gestimuleerde emissie

Emissie verwijst naar de emissie van energie in fotonen wanneer een elektron overgaat tussen twee verschillende energieniveaus. Kenmerkend zijn atomen, moleculen en andere kwantumsystemen opgebouwd uit vele energieniveaus rond de kern. Elektronen verblijven in deze elektronenniveaus en gaan vaak tussen niveaus door de absorptie en emissie van energie. Wanneer de absorptie plaatsvindt, bewegen elektronen naar een hogere energietoestand die een 'aangeslagen toestand' wordt genoemd, en de energiekloof tussen de twee niveaus is gelijk aan de hoeveelheid geabsorbeerde energie. Evenzo zullen elektronen in de aangeslagen toestanden daar niet voor eeuwig verblijven. Daarom komen ze neer op een lagere geëxciteerde toestand of op het grondniveau door de hoeveelheid energie uit te zenden die overeenkomt met de energiekloof tussen de twee overgangstoestanden. Er wordt aangenomen dat deze energieën worden geabsorbeerd en vrijgegeven in quanta of pakketten van discrete energie.

Spontane emissie

Dit is een methode waarbij emissie plaatsvindt wanneer een elektron overgaat van een hoger energieniveau naar een lager energieniveau of naar de grondtoestand. Absorptie komt frequenter voor dan emissie, omdat het maaiveld in het algemeen meer bevolkt is dan de aangeslagen toestanden. Daarom hebben meer elektronen de neiging energie te absorberen en zichzelf te prikkelen. Maar na dit proces van opwinding, zoals hierboven vermeld, kunnen elektronen niet voor altijd in de geëxciteerde toestanden zijn, omdat elk systeem er de voorkeur aan geeft in een lagere, energie-stabiele toestand te verkeren dan in een instabiele staat met een hoge energie. Daarom hebben opgewonden elektronen de neiging om hun energie vrij te geven en terug te keren naar de grondniveaus. In een spontane emissie gebeurt dit emissieproces zonder de aanwezigheid van een extern stimulus / magnetisch veld; vandaar de naam spontaan. Het is uitsluitend een maatregel om het systeem in een stabielere staat te brengen.

Wanneer een spontane emissie optreedt, terwijl de elektronenovergangen tussen de twee energietoestanden plaatsvinden, wordt een energiepakket dat overeenkomt met de energiekloof tussen de twee toestanden als een golf vrijgegeven. Daarom kan een spontane emissie in twee hoofdstappen worden geprojecteerd; 1) Elektron in een aangeslagen toestand komt neer op een lagere aangeslagen toestand of grondtoestand 2) De gelijktijdige vrijgave van een energiegolf die energie draagt ​​die overeenkomt met de energiekloof tussen de twee overgangstoestanden. Fluorescentie en thermische energie worden op deze manier vrijgegeven.

Gestimuleerde uitstoot

Dit is de andere methode waarbij emissie plaatsvindt wanneer een elektron overgaat van een hoger energieniveau naar een lager energieniveau of naar de grondtoestand. Zoals de naam suggereert, vindt deze tijdemissie echter plaats onder invloed van externe stimuli, zoals een extern elektromagnetisch veld. Wanneer een elektron zich van de ene energietoestand naar de andere verplaatst, gebeurt dit via een overgangstoestand die een dipoolveld heeft en werkt als een kleine dipool. Daarom wordt, wanneer onder invloed van een extern elektromagnetisch veld de kans dat het elektron de overgangstoestand binnengaat, verhoogd.

Dit geldt voor zowel absorptie als emissie. Wanneer een elektromagnetische stimulus, zoals een invallende golf, door het systeem wordt geleid, kunnen elektronen in het maaiveld gemakkelijk oscilleren en komen tot de overgangsdipooltoestand waarbij de overgang naar een hoger energieniveau zou kunnen plaatsvinden. Evenzo, wanneer een invallende golf door het systeem wordt gepasseerd, zouden elektronen die al in aangeslagen toestanden zijn die wachten om naar beneden te komen gemakkelijk de overgangsdipooltoestand kunnen ingaan als reactie op de uitwendige elektromagnetische golf en zou zijn overtollige energie vrijgeven om naar beneden te komen staat of grondtoestand. Wanneer dit gebeurt, omdat de invallende bundel in dit geval niet wordt geabsorbeerd, zal het ook uit het systeem komen met de nieuw vrijgegeven energiekwanta als gevolg van de overgang van het elektron naar een lager energieniveau dat een energiepakket vrijgeeft om overeen te komen met de energie van de kloof tussen de respectieve staten. Daarom kan gestimuleerde emissie in drie hoofdstappen worden geprojecteerd; 1) Binnengaan van de invallende golf 2) Elektron in een aangeslagen toestand komt neer op een lagere aangeslagen toestand of grondtoestand 3) De gelijktijdige vrijgave van een energiegolf die energie draagt ​​die overeenkomt met de energiekloof tussen de twee overgangstoestanden samen met de transmissie van de invallende bundel. Het principe van gestimuleerde emissie wordt gebruikt bij de versterking van licht. Bijv. LASER-technologie.

Wat is het verschil tussen spontane emissie en gestimuleerde emissie?

• Spontane emissie vereist geen externe elektromagnetische stimulus om energie vrij te maken, terwijl gestimuleerde emissie externe elektromagnetische stimuli vereist om energie vrij te maken.

• Tijdens spontane emissie wordt slechts één energiegolf afgegeven, maar tijdens gestimuleerde emissie komen twee energiegolven vrij.

• De kans dat gestimuleerde emissie plaatsvindt, is groter dan de kans dat spontane emissie plaatsvindt, aangezien externe elektromagnetische stimuli de kans op het bereiken van de dipoolovergang vergroten..

• Door de energieachterstanden en invallende frequenties op de juiste wijze te matchen, kan gestimuleerde emissie worden gebruikt om de invallende stralingsbundel aanzienlijk te versterken; terwijl dit niet mogelijk is wanneer spontane emissie plaatsvindt.