当辐射通过一种材料时,它是根据下列条件被吸收的:Ix = I0e-αx
其中,Ix为经过材料的距离x后的辐射强度,吸收系数为a, I0为初始光强。吸收取决于N1和N2之间的居群差和介质的折射率。
受激吸收速率R12 (abs),从1级到2级为: R12 (abs) = B12 N1 ρ
其中B12是爱因斯坦的受激吸收系数,单位为cm3/s2J, N1是基态的总体,ρ是入射光子的单位频率的能量密度。
一旦原子或分子在其激发态被产生,就有可能再次发射辐射并返回到较低的能态。这个较低的能态可能是基态,也可能是激发态之一,但具有较低的能级。在这个过程中,光子被发射出来。在这个发射过程中,原子自发地通过发射光子进入一个较低的能量状态,这被称为自发发射或荧光。这个发射过程是随机的,发射出的光向各个方向发散,光的波性质随机地彼此不同步,因此是不相干的。
从2级到1级的自发辐射速率R21 (spon)为:R21 (spon) = A21 N2
其中A21为自发辐射系数,单位为s-1, N2为2级原子数。
我们可以观察到,在没有电磁场的情况下,上能级的这种自发衰减发生,其速率与该能级的总体成比例,因此不依赖于激发源的强度。它纯粹是一种与时间和空间有关的统计现象,依赖于激发态的寿命。如果跃迁寿命很大,则认为它是禁止跃迁。
受激原子不仅可以通过自发发射失去能量,还可以通过诱导或受激发射失去能量,因此系统的发射输出包括自发发射和受激发射。