Phát_xạ kích_thích Trong quang_học phát_xạ kích_thích hay còn gọi là phát_xạ cảm_ứng là quá_trình mà một electron của nguyên_tử hoặc một phân_tử ở trạng_thái kích_thích tương_tác với sóng_điện từ có tần_số nhất_định có_thể giải_phóng năng_lượng của nó vào trường điện từ và nhảy xuống mức năng_lượng thấp hơn Một photon được tạo ra theo cách này có cùng pha tần_số phân_cực và hướng như các photon của sóng tới Điều này trái_ngược với phát_xạ tự_phát xảy ra khi không có trường điện từ xung_quanh Tuy_nhiên quá_trình này lại tương_tự như quá_trình hấp_thụ của nguyên_tử tức_là quá_trình mà năng_lượng của một photon được hấp_thụ gây ra một sự chuyển_đổi năng_lượng nguyên_tử giống_hệt nhau nhưng ngược_lại từ mức thấp lên mức năng_lượng cao hơn Lý_thuyết của phát_xạ kích_thích được Einstein khám_phá thuộc lĩnh_vực cơ_học lượng_tử trong đó năng_lượng phát ra được mô_tả bằng các thuật_ngữ của photon gọi là lượng_tử của trường điện từ Phát_xạ kích_thích cũng có_thể được mô_tả một_cách cổ_điển tuy_nhiên không liên_quan đến photon hay cơ_học lượng_tử của vật_chất Tổng_quan Electron và cách chúng tương_tác với trường điện từ rất quan_trọng trong nghiên_cứu về hoá_học và vật_lý Trong điện từ_học cổ_điển năng_lượng của một electron có quỹ_đạo quay xung_quanh hạt_nhân nguyên_tử nhỏ hơn năng_lượng của các electron có quỹ_đạo xa hạt_nhân hơn Tuy_nhiên các hiệu_ứng của cơ_học lượng_tử có_thể kích_thích các electron nhảy sang các quỹ_đạo nguyên_tử khác Do_đó các electron được tìm thấy đạt những mức năng_lượng đặc_trưng của một nguyên_tử hai trong số đó được hiển_thị dưới đây Khi một electron hấp_thụ năng_lượng của ánh_sáng photon hoặc nhiệt phonon thì nó sẽ nhận lượng_tử năng_lượng tới Nhưng quá_trình chuyển_đổi chỉ được phép ở giữa các mức năng_lượng đặc_trưng như hình trên Điều này cho thấy sẽ thu được quang_phổ vạch hấp_thụ hoặc phát_xạ Mô_hình toán_học Phát_xạ kích_thích có_thể được tính_toán bằng cách xem electron có_thể ở một trong hai trạng_thái năng_lượng trong một nguyên_tử trạng_thái năng_lượng thấp có_thể là trạng_thái cơ_bản 1 và trạng_thái kích_thích 2 với năng_lượng E và E tương_ứng Nếu nguyên_tử ở trạng_thái kích_thích nó có_thể phân_rã để chuyển xuống trạng_thái năng_lượng thấp hơn qua quá_trình phát_xạ tự_phát giải_phóng lượng năng_lượng chênh_lệch giữa hai trạng_thái thành một photon Các photon sẽ có tần_số ν và năng_lượng h ν được cho bởi với h là hằng_số Planck_Ngoài ra nếu nguyên_tử ở trạng_thái kích_thích bị tác_động bởi một điện_trường có tần_số formula _ 2 nó có_thể sẽ phát ra thêm một photon có cùng tần_số và cùng pha để nguyên_tử trở về trạng_thái năng_lượng thấp hơn Quá_trình này được gọi là phát_xạ kích_thích Nếu số_lượng các nguyên_tử đang ở trạng_thái kích_thích là N trong tổng_số nguyên_tử thì tỉ_lệ xảy ra phát_xạ kích_thích là với hằng_số tỷ_lệ_thuận B được gọi là hệ_số Einstein ρ ν là mật_độ bức_xạ của trường tới ở tần_số ν Vậy tỷ_lệ phát_xạ tỉ_lệ_thuận với số_nguyên tử ở trạng_thái kích_thích và mật_độ của photon tới Đồng_thời cùng lúc đó thì một_số nguyên_tử hấp_thụ năng_lượng của trường điện từ làm cho electron nhảy từ mức năng_lượng thấp lên mức năng_lượng cao hơn tức_là trong trường_hợp này electron từ mức năng_lượng cơ_bản nhảy lên mức năng_lượng kích_thích Tỉ_lệ nguyên_tử hấp_thụ cũng được cho bởi phương_trình giống như phương_trình trên Tỉ_lệ hấp_thụ tỷ_lệ_thuận với số_nguyên tử ở trạng_thái thấp hơn N1 Einstein chỉ ra rằng hệ_số tỷ_lệ này bằng hệ_số tỷ_lệ của phát_xạ kích_thích Do_đó quá_trình hấp_thụ và phát_xạ kích_thích là 2 quá_trình đảo_ngược xảy ra với những tỉ_lệ khác nhau Nếu ta xét cả một hệ gồm nhiều nguyên_tử thì 2 quá_trình này có_thể được xem như xảy ra cùng lúc Tỷ_lệ tổng của cả hệ chuyển_đổi từ E về E bằng cách kết_hợp cả hai quá_trình này có_thể được tính như sau Để kết_quả là một_số_dương thì điều_kiện là số_nguyên tử bị kích_thích phải lớn hơn số_nguyên tử ở trạng_thái năng_lượng thấp hơn tức_là formula _ 7 Điều_kiện formula _ 8 được gọi là đảo_ngược mật_độ thường được dùng trong máy phát laser Xem thêm BULLET Phát_xạ tự_phát BULLET Trạng_thái kích_thích BULLET Phát_xạ gamma kích_thích
Phát_xạ kích_thích