Gestimuleerde emissie

mcel

Hallo

Ik heb twee vragen over gestimuleerde emissie bij een laser. Ik ken het principe achter dit verschijnsel. Een atoom in een aangeslagen toestand wordt door een passerend foton gestimuleerd om terug te vallen naar zijn grondtoestand. Hierbij ontstaat een nieuw foton dat de zelfde frequentie, fase en richting heeft als het eerste foton.

Mijn eerste vraag is: Hoe zorgt een passerend foton ervoor dat een aangeslagen atoom terugvalt? Ergo, hoe zorgt een foton ervoor dat het elektron dat zich in een hogere baan bevind terugvalt naar een lagere baan?

Mijn tweede vraag is: Waarom het foton dat uitgezonden wordt de zelfde fase en richting heeft als het originele foton? Waarom zou hij niet ineens de andere kant opgaan?

mvg

Marcel

TD

De verklaring van de precieze redenen van deze bijzondere eigenschappen (coherent, monochromatisch, directioneel) is eigenlijk alleen kwantummechanisch te doen. Klassiek zijn er wel intuïtieve argumenten, maar die zijn niet helemaal juist... Als Engels geen probleem is, vind je hier alvast wat informatie, maar vrij oppervlakkig.

Andy

mij hebben ze ook altijd gezegd dat je voor gestimuleerde emissie goed te begrijpen, je QuantumElectroDynamica (QED) moet bestuderen... Eventueel eventjes googlen op "QED stimulated emission", maar ik vrees dat je daar redelijk wat voorkennis voor nodig zal hebben om het echt ten gronde te begrijpen.

eendavid

De fysische reden is misschien met standaard QM en elektromagnetisme kennis te begrijpen (de berekening niet). Bedenk dat een elektron zich in een eigentoestand van de atoompotentiaal bevindt (of van het veeldeeltjes-halfgeleidersysteem, of van ...), en dat het dus zonder externe storing daar voor eeuwig en altijd in blijft (een QM-feit). Leg je een extern elektromagnetisch veld aan dan kan je het elektron doen terugvallen naar de grondtoestand, waarbij de energie van dat elektron naar de voorbijkomende elektromagnetische mode gaat (en dus dezelfde richting, polarisatie, frequentie heeft). Dat heet gestimuleerde emissie, en dat kan je uitrekenen.

Nu probeerde ik jullie net wijs te maken dat zonder aanleggen van een extern magneetveld een elektron nooit naar de grondtoestand zal vervallen (pure nonsens natuurlijk, iedereen las al dat aangeslagen elektronen relatief snel naar de grondtoestand terugvallen). De reden ligt in de quantummechanica van het elektromagnetische veld. Dat gedraagt zich als een harmonische oscillator, en heeft dus een zekere nulpuntsfluctuatie. Je kan dus zeggen dat er altijd wel een veld aan het atoom aan het schudden is, en dat vanuit willekeurige modi. Dat geeft aanleiding tot spontane emissie, en verklaart meteen waarom deze emissie wel in willekeurige richtingen straalt.

TD

Die kwantumfluctuaties zorgen inderdaad voor spontane emissie, maar het begrijpen van de oorsprong daarvan vereist (what's in a name?) uiteraard wel wat kwantumfysica.

eendavid

OK, maar ik vermoed dat ook mensen zonder kennis van de quantummechanica van velden (toch niet te eenvoudig), maar met kennis van eendeeltjesquantummechanica (toch breder bekend) wel geloven dat deze fluctuaties bestaan, o.a. door resultaten van de harmonische oscillator te bekijken. Natuurlijk kan ik daar niet over beslissen, als iets niet duidelijk is kan dat altijd nagevraagd worden...

TD

Daar ben ik het wel mee eens, zonder berekeningen kan je inderaad al wat snappen. Als je de mechanische oscillator gezien hebt, valt de quantummechanische oscillator intuïtief wel te begrijpen. Zoals te verwachten, is de energie nu gediscretiseerd maar wat deze vraag betreft nog belangrijker: de grondtoestand heeft een zekere energie, verschillend van 0.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Gestimuleerde emissie

Gestimuleerde emissie

Re: Gestimuleerde emissie

Re: Gestimuleerde emissie

Re: Gestimuleerde emissie

Re: Gestimuleerde emissie

Re: Gestimuleerde emissie

Re: Gestimuleerde emissie