Viele Atome und Moleküle sind in der Lage, Licht aufzunehmen und wieder abzugeben. Die Aufnahme von Licht nennt man Absorption, die Abgabe Emission. Dabei zeigt die Beobachtung, dass das Licht stets in bestimmten Mengen, den Lichtquanten oder Photonen, abgegeben und aufgenommen wird. Das ist links im Bild schematisch dargestellt. Das Atom wird im Grundzustand dunkelgrün dargestellt. Absorbiert es ein Photon (hier duch einen grünen Pfeil symbolisiert), so geht es in den angeregten Zustand über. Dieser Zustand ist durch ein hellgrünes Leuchten im Atom angedeutet. Den angeregten Zustand kann das Atom wieder verlassen, indem es spontan ein Photon emittiert, also ausendet. Weder der Zeitpunkt, an dem die Emission stattfindet, noch die Richtung des emitierten Photons können dabei vorausgesagt werden. Die Abregung erfolgt völlig zufällig. Es kann aber für jedes Atom oder Molekül eine spezifische Zeit angegeben werden, nach der es mit gewisser Wahrscheinlichkeit zerfallen ist. Diese Zeit nennt man Lebensdauer. Sie beträgt meist nur einen Bruchteil einer Sekunde.
Außer der spontanen Emission eines Photons gibt es auch einen Prozess, den man stimulierte Emission nennt. Bei der stimulierten Emission wird das angeregte Atom durch ein Photon zur Emission eines weiteren Photons stimuliert. Dieses Photon verlässt das Atom stets in die Richtung, in die auch das stimulierende Photon läuft. Der Effekt der stimulierten Emission ist rechts im Bild veranschaulicht. Ein erstes Photon wird, wie im obigen Bild absorbiert und regt das Atom an. Nun kommt ein zweites Photon. Dieses Photon wird duch die stimulierte Emission verdoppelt und das Atom fällt in den Grundzustand zurück.
Stimulierte Emission spielt die entscheidende Rolle in der Theorie des Lasers. Setzt man nämlich einen Stoff, der viele angeregte Atome oder Moleküle enthält in einen optischen Resonator, so sorgt die stimulierte Emission dafür, dass das meiste Licht in Richtung des schon vorhandenen Lichts emittiert wird. Das Licht im Resonator wird also immer mehr verstärkt. Der Laser ist dadurch definiert, dass er Licht durch stimulierte Emission verstärkt.
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Letzte Änderung: 09.03.2012