Definition von Spontaner und Stimulierter Emission
Emission von Photonen: Spontan vs. Stimuliert
Im Lasermedium finden zwei grundlegende Prozesse statt, bei denen Atome (oder Moleküle) von einem angeregten Energiezustand in einen Zustand niedrigerer Energie zurückfallen und dabei ein Lichtteilchen (ein Photon) freisetzen.
1. Spontane Emission
Die spontane Emission ist die natürliche Form der Lichtabstrahlung und die Basis für inkohärentes Licht (wie es von einer Glühbirne oder einem LED-Licht emittiert wird).
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Merkmal |
Definition und Ablauf |
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Definition |
Ein Atom, das sich in einem angeregten Zustand (hoher Energielevel) befindet, fällt von selbst und ohne äußere Einwirkung in einen Zustand niedrigerer Energie (oder den Grundzustand) zurück. |
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Auslöser |
Keine äußere Einwirkung. Der Zerfall erfolgt zufällig nach einer mittleren Verweilzeit. |
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Resultierendes Photon |
Das freigesetzte Photon hat eine zufällige Bewegungsrichtung, eine zufällige Phase und eine zufällige Polarisation. |
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Folge für Laser |
Die spontane Emission ist unerwünscht für den eigentlichen Laserprozess, da sie zu inkohärentem Licht führt. Sie liefert aber die Start-Photonen für die stimulierte Emission im Resonator. |
2. Stimulierte Emission
Die stimulierte Emission ist das zentrale physikalische Prinzip des Lasers, welches die Lichtverstärkung und die Kohärenz ermöglicht. Damit die stimulierte Emission überwiegt, muss eine sogenannte Besetzungsinversion vorliegen – ein Zustand, in dem sich mehr Atome im angeregten Zustand befinden als im energetischen Grundzustand. Nur so kann ein einfallendes Photon eine Lawine identischer Photonen auslösen, anstatt einfach absorbiert zu werden.
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Merkmal |
Definition und Ablauf |
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Definition |
Ein Atom, das sich in einem angeregten Zustand befindet, wird durch ein äußeres Photon derselben Frequenz (Energie) zur Rückkehr in einen niedrigeren Energiezustand angeregt oder gezwungen. |
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Auslöser |
Ein einfallendes Photon (das Stimulations-Photon). |
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Resultierende Photonen |
Das Atom emittiert ein zweites Photon. Dieses neue Photon ist in allen Eigenschaften identisch mit dem stimulierenden Photon: |
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* Gleiche Frequenz (Wellenlänge/Energie)* Gleiche Bewegungsrichtung* Gleiche Phase (Phasengleichheit)* Gleiche Polarisation |
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Folge für Laser |
Lichtverstärkung: Aus einem Photon werden zwei. Kohärenz: Alle erzeugten Photonen sind identisch. Dies führt zum kohärenten und hochgebündelten Laserlicht. |
Zusammenfassender Vergleich
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Prozess |
Auslöser |
Ergebnis (Photonen) |
Wichtig für Laser? |
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Spontane Emission |
Keine (zufällig) |
Inkohärent, zufällige Richtung |
Ja, liefert das Start-Licht |
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Stimulierte Emission |
Einfallendes Photon |
Kohärent, identisch mit dem Auslöser |
Ja, der Kernmechanismus der Laserverstärkung (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) |
Diese Unterscheidung erklärt, warum ein Laserstrahl so präzise und intensiv ist: Nur die Stimulierte Emission ermöglicht die Vervielfachung von identischen Photonen entlang der Resonatorachse.
Die Unterscheidung zwischen spontaner und stimulierter Emission verdeutlicht den technischen Unterschied zwischen den beiden gängigsten Systemen der Haarentfernung:
Zwei tolle Videos hierzu:
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Wissenschaftliche Referenzen & Fachliteratur:
Theoretische Grundlagen: Albert Einstein, Zur Quantentheorie der Strahlung, Physikalische Zeitschrift 18, 1917.
Laserphysik: Demtröder, W.: Laserspektroskopie 1: Grundlagen. Springer Spektrum Verlag
LeifiPhysik, Fachbereich Atomphysik: Prinzip der Lichtverstärkung
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Alexandra Steiger (geb. Dillmann)Gründerin von ad new cosmetics & Expertin für dauerhafte Haarentfernung
„Qualität und Sicherheit sind in der Haarentfernung kein Zufall, sondern das Ergebnis von Erfahrung und Wissen.“
Dieser Lexikonbeitrag wurde fachlich von Alexandra Steiger geprüft und redaktionell freigegeben. Als Geschäftsführerin von ad new cosmetics verfügt sie über eine Praxiserfahrung seit 2003 in der dauerhaften Haarentfernung mit medizinischen Laser- und IPL-Technologien.
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