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自发辐射

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通俗地说,自发辐射就是在没有任何外界作用下,激发态原子自发地从高能级(激发态)向低能级(基态)跃迁,同时辐射出一个光子的过程。该过程也是我们日常生活中许多光源的辐射机理,像霓虹灯、荧光灯、LED等常见光源辐射本质上都属于自发辐射。

自发辐射中,各个原子在自发跃迁过程中是彼此无关的,不同原子产生的自发辐射光在频率、相位、偏振方向及传播方向都有一定的任意性。

在没有外来作用的情况下,处于激发态的原子自发地向低能态或基态跃迁时辐射光子的现象。一般光源的发光过程多属发光原子的自发辐射过程 。

量子力学体系的状态在外界作用下发生跳跃式变化的过程。原子在光的照射下从高(低)能级跳到低(高)能级的现象,就是一种量子跳跃过程。在不受光照的条件下,处于激发状态的原子在电磁场真空的作用下仍可跃迁到较低能级,称为自发跃迁。根据能量守恒定律,量子跃迁前后两状态的能量是不同的,放出或吸收一个光子,将有hv的能量差。量子跃迁是一种随机现象,具有明显的概率统计性。这是量子力学规律的根本特征 。

自发辐射是原子在真空场作用下发生的跃迁。空间中即使没有人为施加的辐射场,也会自发地存在零点场,即辐射场模n=0的真空场。在这种辐射场的作用下,原子就会自发地从上能级跃迁到下能级,同时向辐射场发射一个能量为的光子 。自发辐射是不受外界辐射场影响的自发过程,各个原子在自发跃迁过程中是彼此无关的,不同原子产生的自发辐射光在频率、相位、偏振方向及传播方向都有一定的任意性。

因此自发辐射光是非相关的荧光,自发辐射光场的能量分布在一个很宽的频率范围内。普通光源的发光过程就是处于高能级的大量原子的自发辐射过程,像霓虹灯、荧光灯、LED等常见光源辐射本质上都属于自发辐射。

完整地解释自发辐射需要利用量子电动力学的原理。

自发辐射又称自发发射、量子跃迁,是原子的一种发光过程。原子受激发从低能级跃迁到高能级,处于高能级(激发态)的原子是不稳定的,在没有任何外界影响下,它们会自发地,独立地从高能级返回到低能级,同时放出一个能量为hν=E2-E1的光子。这种自发地从激发态返回较低能态而放出光子的过程,称为自发辐射过程 。激发原子自发地向低能级跃迁的辐射过程。原子中处于高能级E2的电子,一般要向较低的能级E1跃迁,而同时放出能量为E2-E1的光辐射。这个过程如果不受外界因素作用而自发地进行的,就称为自发辐射 。是普通光源的发光机理 。

这种过程与外界作用无关,各原子的辐射都是自发地、独立地进行的,它们所发出的光子在发射方向、偏振态和初位相上都是不相同的。而且由于原子的激发态不止一个,不同的原子可能处在不同的激发态上,因此,自发辐射的频率也不是单一的。普通光源(如白炽灯、日光灯、弧光灯等)所发出的光主要是由自发辐射产生的。是非相干光 。

自发辐射与受激辐射的区别

自发辐射:处于激发态的原子中,电子在激发态能级上只能停留一段很短的时间,就自发地跃迁到较低能级中去,同时辐射出一个光子,这种辐射叫做自发辐射。

受激辐射:当原子处于激发态E2时,如果恰好有能量 (这里E2>E1)的光子射来,在入射光子的影响下,原子会发出一个同样的光子而跃迂到低能级E1上去,这种辐射叫做受激辐射。

区别:与自发辐射不同,辐射一定要在外来光作用下发生并发射一个与外来光子完全相同的光子。受激辐射光是相干光。受激辐射光加上原来的外来光,使光在传播方向上光强得到放大。自发辐射是不受外界辐射场影响的自发过程,各个原子在自发跃迁过程中是彼此无关的,不同原子产生的自发辐射光在频率、相位、偏振方向及传播方向都有一定的任意性。