Stimuleeritud kiirgus ehk indutseeritud kiirgus on aatomifüüsikas footoni emissioon (väljjakiirgamine), kui see ei toimu spontaanselt, vaid selle kutsub esile mõni teine footon. See nähtus on üks laseri ja maseri toimimise eeldusi.
Stimuleeritud kirguse nähtuse postuleeris 1916. aastal Albert Einstein.[1][2]
Protsess
Kui kvantmehaaniline süsteem – lihtsamal juhul aatom – saab energiat juurde, näiteks footoni neeldumise või teiste aatomitega põrkumise tõttu, läheb aatom ergastatud olekusse. Kui ergastatud aatomit tabab footon, mille energia vastab täpselt praeguse oleku ja madalama tasemega oleku energiate vahele, siis võib aatom minna madalama energiaga olekusse ja eraldada energiaerinevuse teise footonina lisaks langevale footonile. Üldiselt on see aga võimalik ainult siis, kui kõnealune üleminek on valikureeglitega lubatud. Joonisel on näidatud stimuleeritud kiirgus laseri näitel üleminekul .
Vastloodud footonil on sama energia ja lainepikkus kui langeval footonil. See liigub samas suunas, on sama polarisatsioonisuunaga ja ka sama võnkefaasiga, nii et ta käitub teatud mõttes nagu algse footoni koopia; seda nimetatakse koherentsuseks.
Esinemine
Stimuleeritud kiirgus on koos spontaanse kiirguse ja absorptsiooniga üks kolmest võimalikust elektromagnetkiirguse ja aine vastastikmõjust.
Lokaalse termodünaamilise tasakaalu korral, seega enamikus looduses esinevates olukordades, on stimuleeritud kiirgust võimaldav ergastatud olek Boltzmanni jaotuse järgi vähem tõenäoline kui neeldumist võimaldav madalam energiaolek. Nende kahe protsessi tõenäosuste ja spontaanse kiirguse vahelist seost kirjeldavad Einsteini koefitsiendid. Laseri või maseri käitamiseks, s.o langevate footonite paljundamiseks on aga eelduseks, et kõrgema energiaga olek madalama energiaga oleku suhtes on sagedasem kui antud kiirgustihedusele vastavas tasakaalus. Sellist mittetasakaalu olekut nimetatakse pöördhõiveks ja see tuleb vajadusel spetsiaalselt luua. Stimuleeritud kiirgus on siis sagedasem kui neeldumine – langev kiir võimendub.
Kuna stimuleeritud ja spontaanse kiirguse suhte määrab Boltzmanni jaotus, sõltub see ka lainepikkusest: mikrolainete piirkonnas on stimuleeritud kiirgus palju sagedasem kui nähtava valguse või röntgenikiirguse korral.
Vaata ka
Viited
- ↑ Einstein, A (1916). "Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie". Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. 18: 318–323. Bibcode:1916DPhyG..18..318E.
- ↑ Einstein, A (1917). "Zur Quantentheorie der Strahlung". Physikalische Zeitschrift. 18: 121–128. Bibcode:1917PhyZ...18..121E.