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'''Stimulierte Emission''' oder '''induzierte Emission''' heißt die Emission (Aussendung) eines [[Photon]]s, wenn sie nicht [[spontane Emission|spontan]] erfolgt, sondern durch ein anderes Photon ausgelöst wird.

Sie ist eine der Voraussetzungen für das Funktionieren eines [[Laser]]s oder [[Maser]]s.

== Ablauf ==
[[Bild:Lasing.svg|thumb|[[Energieniveauschema]] eines [[Laser]]s. Der dritte eingezeichnete Übergang von <math>E_M</math> nach <math>E_L</math> findet unter stimulierter Emission statt. Die beteiligten [[Photonen]] sind als Wellenlinie mit Pfeilspitze dargestellt.]]Wird einem [[Quantenmechanik|quantenmechanischen]] System − im einfachsten Fall einem [[Atom]] − [[Energie]] zugeführt, indem z. B. ein [[Lichtabsorption|Photon absorbiert]] wird oder das Atom mit anderen Atomen zusammenstößt, so geht das Atom in einen [[Angeregter Zustand|angeregten Zustand]] über.

Trifft nun ein Photon, dessen Energie genau der Energiedifferenz zwischen dem aktuellen Zustand und einem [[Energieniveau]] mit geringerer Energie entspricht, auf das angeregte Atom, so kann das Atom in den Zustand niedriger Energie wechseln und die Energiedifferenz zusätzlich zu dem eingefallenen Photon als ein weiteres Photon abstrahlen. Die beiden Photonen sind kohärent. Dies geht jedoch in der Regel nur, wenn der betreffende Übergang durch die [[Auswahlregel]]n erlaubt ist. In der nebenstehenden Abbildung ist die stimulierte Emission am Beispiel eines Lasers am Übergang von <math>E_M</math> zu <math>E_L</math> dargestellt.

Das neu erzeugte Photon hat die gleiche Energie und [[Wellenlänge]] wie das eingefallene Photon. Es bewegt sich in die gleiche Richtung, hat die gleiche [[Polarisation]]srichtung und auch die gleiche [[Phase (Schwingung)|Phasenlage]], so dass es sich gewissermaßen wie eine Kopie des ursprünglichen Photons verhält, was als [[Kohärenz (Physik)|Kohärenz]] bezeichnet wird.

== Geschichte ==
Die stimulierte Emission wurde 1916 von [[Albert Einstein]] in seinem Aufsatz ''Zur Quantentheorie der Strahlung''<ref name=Einstein1916>{{cite journal|last=Einstein|first=A|title=Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie|journal=Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft|year=1916|volume=18|pages=318–323|bibcode = 1916DPhyG..18..318E }}</ref><ref name=Einstein1917>{{cite journal|last=Einstein|first=A|title=Zur Quantentheorie der Strahlung|journal=Physikalische Zeitschrift|year=1917|volume=18|pages=121–128|bibcode = 1917PhyZ...18..121E }}</ref> postuliert. In seinen ''Hypothesen über den Energieaustausch durch Strahlung'' setzte er voraus, dass unter dem Einwirken der Strahlung auch der Umkehrprozess der Absorption stattfindet. Er fasste diesen Prozess mit der Absorption zusammen als „Zustandsänderung durch Einstrahlung“. Einen Namen gab Einstein diesem Prozess noch nicht. 1928 gelang [[Rudolf Ladenburg]] bei [[Gasentladung]]en der erste experimentelle Nachweis.

Obwohl der Begriff ''induzierte Emission'' noch immer verwendet wird, hat sich durch Übernahme aus dem Englischen die Bezeichnung ''stimulierte Emission'' durchgesetzt.

== Auftreten ==
Die stimulierte Emission ist neben der spontanen Emission und der Absorption eine der drei möglichen Wechselwirkungen von [[elektromagnetische Strahlung|elektromagnetischer Strahlung]] mit [[Materie (Physik)|Materie]].

Während die spontane Emission ohne vorherige Einstrahlung eines Photons geschieht, bestehen in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand eines Systems zwei Möglichkeiten, wie ein eingestrahltes Photon mit dem System wechselwirken kann:
* befindet sich das System im energetisch niedrigeren Zustand eines durch das Photon auslösbaren Übergangs, so kann es durch Absorption des Photons angeregt werden.
* befindet sich das System dagegen bereits im angeregten Zustand, so kann das Photon eine stimulierte Emission hervorrufen.
Im [[Thermodynamisches Gleichgewicht#Lokales thermodynamisches Gleichgewicht|lokalen thermodynamischen Gleichgewicht]], also in den meisten Situationen, die in der Natur auftreten, ist der angeregte Zustand, der stimulierte Emission erlaubt, gemäß der [[Boltzmann-Verteilung]] weniger wahrscheinlich als der Zustand niedrigerer Energie, der Absorption erlaubt. Der Zusammenhang zwischen den Wahrscheinlichkeiten dieser beiden Prozesse sowie der der spontanen Emission wird durch die [[Einsteinkoeffizienten]] beschrieben. Zum Betrieb eines Lasers oder Masers, also zur Vervielfachung der eingestrahlten Photonen, ist jedoch Voraussetzung, dass der energiereichere Zustand gegenüber dem energieärmeren häufiger ist als im der gegebenen Strahlungsdichte entsprechenden Gleichgewicht. Ein solcher Nicht-Gleichgewichtszustand wird als [[Besetzungsinversion]] bezeichnet und muss bei Bedarf eigens hergestellt werden. Stimulierte Emission ist dann häufiger als Absorption, der einfallende Strahl wird verstärkt.

Da das Verhältnis von stimulierter zu spontaner Emission durch die Boltzmann-Verteilung bestimmt wird, hängt es auch von der Wellenlänge ab: im Bereich von [[Mikrowellen]]strahlung ist stimulierte Emission wesentlich häufiger als im Bereich des [[Sichtbares Licht|sichtbaren Lichts]] oder der [[Röntgenstrahlung]].

Ein der stimulierten Emission elektromagnetischer Strahlung vergleichbarer Effekt kann auch in anderen [[boson]]ischen Feldern auftreten. Ein Beispiel ist die stimulierte Emission von [[Phonon]]en, die im [[Saser]] verwendet wird.

== Einzelnachweise ==
<references/>

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[[Kategorie:Atomphysik]]
[[Kategorie:Laserphysik]]

Stimulierte Emission - Versionsgeschichte

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