光的自發(fā)發(fā)射、受激發(fā)射與受激吸收

一、光的自發(fā)發(fā)射

處在高能級(jí)上的原子，都具有向往穩(wěn)定而自發(fā)地回到地能級(jí)狀態(tài)的特性。當(dāng)它們紛紛回襖低能級(jí)時(shí)，它們就以光的形式釋放出能量來(lái)。這就是原子的自發(fā)發(fā)射。由于每個(gè)原子的躍遷都是自發(fā)和獨(dú)立進(jìn)行的，因此它們輻射出的光波方向和相位都不一致。對(duì)于二能級(jí)系統(tǒng)中的原子躍遷來(lái)說(shuō)，它們發(fā)射出的光波列的頻率是相同的，但相位卻是不相關(guān)的，波列的偏振方向和傳播方向也是隨機(jī)分布的。因此原子自發(fā)發(fā)射出來(lái)的光波，在物理上稱(chēng)之為非相干的自然光。

自發(fā)發(fā)射幾率與激發(fā)態(tài)壽命成反比。

二、光的受激發(fā)射

光子作用于高能級(jí)的原子上時(shí)會(huì)產(chǎn)生受激發(fā)射。

若輸入一個(gè)光子，則輸出兩個(gè)光子。在受激發(fā)射的過(guò)程中，光子數(shù)獲得了放大。受激發(fā)射的光子與入射光子頻率相同、相位相同，偏振方向和傳播方向也相同，二者是完全相干的。

受激發(fā)射幾率與自發(fā)發(fā)射幾率不同，前者與入射光強(qiáng)有關(guān)，后者是一個(gè)常數(shù)。

三、受激吸收

低能態(tài)的原子吸收光子的能量才能被抽運(yùn)到高能態(tài)上；原子對(duì)光能量的吸收是有選擇性的。

受激吸收幾率是一個(gè)與入射光強(qiáng)有關(guān)的參數(shù)。

受激吸收與受激發(fā)射并非簡(jiǎn)單的逆過(guò)程。受激吸收是靠消耗外來(lái)光子能量來(lái)完成泵浦過(guò)程，即把低能級(jí)上的原子抽運(yùn)到高能級(jí)上去。而受激發(fā)射則是靠高能級(jí)的原子發(fā)射光子來(lái)完成光放大過(guò)程。