الانبعاث التلقائي والانبعاث المستحث

عملية الإمتصاص و الانبعاث عمليتان متعاكستان. توضح المقالة كل عملية و كذلك الانبعاث التلقائي والانبعاث المستحث (المحفز) و تعريف كل منهما. و في النهاية مقارنة بينهما.

عملية إثارة الذرة

هناك عمليتين تحصل على المستوى الذري عملية الأثارة و الإسترخاء. أو عملية امتصاص الطاقة و عملية انطلاق الطاقة. الذرة في حالتها العادية (المستقرة) تكون إلكتروناتها في المستويات الأرضية الطاقة. ما فوق هذه المستويات تسمى مستويات اثارة الذرة وإذا تواجدت الذرة في أحد هذه المستويات تكون ذرة مثارة.

كيف تحدث الإثارة؟

إذا أسقطنا على ذرة في حالتها العادية فوتون طاقته تساوي فرق الطاقة بين المستوي الأرضي و أحد مستويات الأثارة  فإن الذرة تمتص هذا القدر من الطاقة. ثم تنتقل من المستوى الأرضي إلى مستوى الإثارة. تسمى هذه العملية عملية إثارة الذرة.

عملية الاسترخاء و انبعاث الطيف الذري

عندما تتخلص الذرة المثارة بعد فترة العمر (حوالى ^5-10 ثانية) من طاقة الإثارة بإخراج فوتون مساوي في الطاقة لفرق الطاقة بين مستوي الأثارة و الأرضى . و يسمي طيف انبعاث خطي.

هناك 3 أنواع من المستويات الذرية. 

• مستوى إثارة يظل فيه الإلكترون حوالي ^5-10 ثانية.
• مستقرة يمكن أن يظل فيه الألكترون زمن لانهائي.
• مستوى شبه مستقر يمكن أن يظل فيه الإلكترون زمن أطول من بقاءه في مستوى الإثارة.

يكمن الفرق بينهما في فترة عمر كل حالة. حالة الإستقرار فترة عمرها لانهائية. حالات الإثارة سرعان ما يعود الألكترون للحالة المستقرة و يكون الزمن ^5-10  مللي ثانية. بينما هناك حالة شبه مستقرة : وهي الحالة التي يظل فيها الإلكترون فترة أطول نسبيا في حدود ^3-10 ثانية.

عملية الإنبعاث

هناك نوعين من الانبعاث التلقائي (من تلقاء نفسه) و مستحث (تم حث الذرة على الانبعاث).

الانبعاث التلقائي

تحدث للذرة المثارة بعد انتهاء فترة العمر. وتكون طاقة الفوتون المنبعث تساوي فرق الطاقة بين المستويين. أما الاتجاه والطور للفوتونات الناتجة تكون عشوائية.

الانبعاث المستحث

أشار أينشتين عام 1917  أنه من الممكن للذرات المثارة أن تُستحث. و بالتالي تقفز الذرة من مستوى الإثارة إلى مستوى طاقة أدني عندما يصطدم بها فوتون ساقط عليها إذا كانت طاقته تساوي الفرق بين الطاقة بين المستويين. أي أن الذرة سوف  تُستحث و يتحرك الإلكترون بين المستويين و من ثم  ينطلق فوتونا. هذا الفوتون له طول موجى يماثل الطول الموجي للفوتون الساقط (لهما نفس الطاقة) .و يكون أيضا الفوتونين (الساقط والمنبعث) متفقين في الطور . وهذه العملية التي يطلق عليها الانبعاث المستحث. 

تعريف الانبعاث المستحث

عملية يتم حث الذرة المثارة بواسطة فوتون قبل انتهاء فترة العمر. وذلك لإطلاق فوتون أخر مساوي في الطاقة للفوتون الساقط و متفق معه في الطور و الإتجاه.

الفرق بين الانبعاث التلقائي والانبعاث المستحث

تبين المقارنة التالية خصائص الانبعاث التلقائى والانبعاث المستحث 

الانبعاث التلقائي	الانبعاث المستحث
يحدث عندما تنتقل الذرات المثارة من مستوى الإثارة إلى مستوى آخر أقل منه في الطاقة، وتشع الفرق بين طاقتي المستويين. وتشع الذرة الفرق بين المستويين على شكل فوتونات تلقائيا -أي بدون أي مؤثر خارجي – وذلك بعد انتهاء زمن بقائها فترة العمر.	يحدث عندما يصطدم فوتون لذرة مثارة تنتقل الذرات المثارة من مستوى الإثارة إلى مستوى آخر أقل منه في الطاقة بشرط أن يساوي طاقة الفوتون الفرق بين طاقتي المستويين قبل انتهاء زمن بقائها فترة العمر.
الفوتونات المنبعثة تغطي مدى طيفيا كبيرا (طيف انبعاث مستمر)	الفوتونات المنبعثة جميعا لها طول موجي واحد (طيف انبعاث خطي)
الفوتونات المنبعثة تتحرك عشوائيا في جميع الإتجاهات.	الفوتونات المنبعثة تتحرك وفي اتجاه واحد في جميع الإتجاهات و يكون لها نفس الطور (مترابطة)
شدة الشعاع تقل كلما ابتعدنا عن المصدر”قانون التربيع العكسي” شدة الإشعاع تتناسب  عكسيا مع مربع المسافة أثناء انتشارها. و ذلك نظرا لتشتت الفوتونات.	تظل شدة الشعاع ثابتة و فوتوناته تتحرك دون تشتت. لذا فهي لا تخضع لقانون التربيع العكسي.
يعتبر الانبعاث السائد في مصادر الضوء العادية.	يعتبر الانبعاث السائد في مصادر الليزر.