光的自发发射、受激发射与受激吸收

一、光的自发发射

处在高能级上的原子，都具有向往稳定而自发地回到地能级状态的特性。当它们纷纷回袄低能级时，它们就以光的形式释放出能量来。这就是原子的自发发射。由于每个原子的跃迁都是自发和独立进行的，因此它们辐射出的光波方向和相位都不一致。对于二能级系统中的原子跃迁来说，它们发射出的光波列的频率是相同的，但相位却是不相关的，波列的偏振方向和传播方向也是随机分布的。因此原子自发发射出来的光波，在物理上称之为非相干的自然光。

自发发射几率与激发态寿命成反比。

二、光的受激发射

光子作用于高能级的原子上时会产生受激发射。

若输入一个光子，则输出两个光子。在受激发射的过程中，光子数获得了放大。受激发射的光子与入射光子频率相同、相位相同，偏振方向和传播方向也相同，二者是完全相干的。

受激发射几率与自发发射几率不同，前者与入射光强有关，后者是一个常数。

三、受激吸收

低能态的原子吸收光子的能量才能被抽运到高能态上；原子对光能量的吸收是有选择性的。

受激吸收几率是一个与入射光强有关的参数。

受激吸收与受激发射并非简单的逆过程。受激吸收是靠消耗外来光子能量来完成泵浦过程，即把低能级上的原子抽运到高能级上去。而受激发射则是靠高能级的原子发射光子来完成光放大过程。