Emisja wymuszona - Polski Serwis Naukowy

Schematyczne przedstawienie emisji wymuszonej:
A – atom w stanie wzbudzonym (elektron na poziomie o energii E2) oraz foton inicjujący
B – atom w momencie pobudzenia przez foton (hν)
C – atom i fotony po emisji wymuszonej

W optyce emisja wymuszona (stymulowana, indukowana) – proces emisji fotonów przez materię w wyniku oddziaływania z fotonem inicjującym. Warunkiem do tego, aby emisja wymuszona nastąpiła, jest równość energii fotonu z energią wzbudzenia atomu. Foton inicjujący emisję nie jest pochłaniany przez materię – pełni tylko rolę wyzwalającą proces. Foton emitowany przez atom ma częstotliwość (a więc również energię), fazę i polaryzację taką samą jak foton wywołujący emisję. Kierunek ruchu obu fotonów również jest ten sam. Światło złożone z takich identycznych fotonów nazywa się światłem spójnym. Zjawisko to jest podstawą działania laserów.

Absorpcja – w optyce proces pochłaniania energii fali elektromagnetycznej przez substancję. Natężenie światła wiązki przechodzącej przez substancję ulega zmniejszeniu nie tylko w wyniku absorpcji, lecz również na skutek rozpraszania światła. O ile jednak promieniowanie rozproszone opuszcza ciało, to część zaabsorbowana zanika powodując wzrost energii wewnętrznej tego ciała.

Emisja promieniowania to wysyłanie przez wzbudzony układ fizyczny (np. atom, jądro atomowe, ciało makroskopowe) energii w postaci promieniowania zarówno fal (np. światła, fal radiowych, dźwięku), jak i korpuskularnego (np. elektronów, cząstek α).

Emisja wymuszona została przewidziana przez Alberta Einsteina, który zauważył, że bez występowania tego zjawiska nie mogłoby dojść do równowagi między pochłanianiem i emisją promieniowania. Rozumował on następująco:

Oddziaływanie atomu z fotonem wywołuje pochłonięcie fotonu z prawdopodobieństwem zależnym tylko od natężenia oświetlenia, czyli ilości fotonów. Emisja natomiast jest spontaniczna, a jej prawdopodobieństwo zależne wyłącznie od średniego czasu życia stanu wzbudzonego (wielkości charakteryzującej wzbudzony poziom energetyczny). Gdyby miały miejsce tylko te dwa procesy – pochłaniania i emisji spontanicznej, wówczas w krótkim czasie wszystkie atomy zostałyby wzbudzone i promieniowanie nie byłoby już pochłaniane i emitowane. Doświadczenie wskazuje, że jest inaczej – wytwarza się stan równowagi pomiędzy absorpcją i emisją promieniowania. To oznacza, że musi istnieć dodatkowy mechanizm emisji, przy czym ilość emitowanych fotonów musi zależeć od ilości fotonów padających. Tym mechanizmem jest właśnie emisja wymuszona.

Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος) jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy są równocześnie falą elektromagnetyczną.

Prószyński Media – polskie wydawnictwo z siedzibą w Warszawie. Istnieje od 2002. Ma status spółki z ograniczoną odpowiedzialnością. Od 2002 zajmuje się wydawaniem czasopism. Zaczęło od przejęcia "Nowej Fantastyki", pierwszego polskiego miesięcznika poświęconego fantastyce (ukazującego się od 1982), oraz od uruchomienia "Tak mieszkam", nowego pisma o urządzaniu wnętrz. W 2004 od Agory odkupiło "Wiedzę i Życie", najstarsze czasopismo popularnonaukowe wydawane w Polsce (od 1926). W grudniu 2008 przejęło dział książek (w praktyce całą działalność) od wydawnictwa Prószyński i S-ka SA, a w październiku 2009 połączyło się z tym wydawnictwem. W procesie łączenia było spółką przejmującą. Spółka Prószyński i S-ka SA przestała istnieć, a wdawnictwo Prószyński Media stało się jej prawnym następcą. Mieczysław Prószyński jest głównym udziałowcem (z pięciu) i skupia w swoim ręku 80% udziałów. Prezesem jest Maciej Makowski.

Emisja wymuszona jest zjawiskiem odwrotnym do pochłaniania fotonów przez atomy (cząsteczki). Prawdopodobieństwo pochłonięcia fotonu przez atom w stanie podstawowym jest takie samo jak prawdopodobieństwo emisji wymuszonej atomu wzbudzonego, dlatego o wielkości emisji/pochłaniania ośrodka decyduje różnica liczby atomów w stanie wzbudzonym i podstawowym.

Częstotliwość określa liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu. W układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Częstotliwość 1 herca odpowiada występowaniu jednego zdarzenia (cyklu) w ciągu 1 sekundy. Najczęściej rozważa się częstotliwość w ruchu obrotowym, częstotliwość drgań, napięcia, fali.

Wiedza i Życie – jeden z najstarszych polskich miesięczników popularnonaukowych, wydawany od 1926 roku (z wyjątkiem II wojny światowej (1939-1945) i stanu wojennego (1981-1983)). W latach 1945-1948 wydawany był przez Towarzystwo Uniwersytetu Robotniczego. Po 1989 roku odnowiony przez wydawnictwo Prószyński i S-ka, od czerwca 2002 roku wydawany przez spółkę Agora. W grudniu 2004 tytuł został odkupiony przez wydawnictwo Prószyński Media.

Bibliografia

Jarosław Chrostowski. Era posłusznych fotonów. „Wiedza i Życie”, s. 24-30, czerwiec 2010. Warszawa: Prószyński Media. ISSN 0137-8929.

Zobacz też

Emisja spontaniczna

Absorpcja

Relaksacja bezpromienista

Widmo emisyjne