简介电子自高能态自发地跃迁到低能态同时发射出光的现象,称为自发发射;电子自高能态受到光的激发而跃迁到低能态,同时发射与激发光的相位、偏振方向和传播方向相同的光,称为受激发射。原子中的电子与外界交换能量而改变其运动状态,称为跃迁。在孤立原子中,这些能量是分立的,称为能级。图a中的两个能级和,分别称为高能级和低能级。对于同一元素的原子,能级的情况完全相同。自发发射和受激发射当许多原子紧密地排列在一起形成晶体(半导体)的情况下,能级分裂成能带(图b 中)。能带中能级的数目与晶体中原子的数目相对应。因此,能带中的能级非常密集,形成准连续分布。处于高能级上一个状态的电子自发地跃迁到低能级上的一个状态时,发射一个能量=-的光子。单位时间内自发发射的几率为rsp(ε)=Af1(1-f2)　(1)式中是自发发射系数,和分别是这两个能级上的状态被电子占据的几率。自发发射光具有不同的相位、偏振方向和传播方向,因而是非相干光。处于高能级上一个状态的电子,在光子密度为()的入射光作用下,跃迁到低能级上的一个状态时,发射一个能量为的光子。单位时间内受激发射几率为(2)是受激发射系数。受激发射光具有与入射光完全相同的相位、偏振方向和传播方向,因而是入射光的相干光。处于低能级上一个状态的电子,在光子密度为()的入射光作用下,跃迁到高能级上的一个状态,吸收一个能量为的光子,称为受激吸收。单位时间内受激吸收几率为(3)是受激吸收系数。光子密度()是单位体积单位能量间隔内能量为的光子数。、和之间满足如下关系(称为爱因斯坦关系):(4)(5)是物质的折射率,是光在真空中的速度,是普朗克常数。由式(2)~(4)得到单位时间内净受激发射几率为(6)只当>时,才有()>0;表示电子反常分布。因此净受激发射的条件就是电子反常分布。而这个反常分布只能通过外界能源的激励来实现。能级间跃迁与能带间跃迁的光谱宽度明显不同。例如,在氦-氖混合气体中,每个氖原子都相当于孤立原子,电子是在两个能级之间跃迁,因而光谱甚窄;而在砷化镓晶体(半导体)中,电子是在两个能带之间跃迁,因而光谱较宽。在光源中,自发发射光占主要地位时称为荧光,受激发射光占主要地位时称为激光。根据自发发射和受激发射的原理,人们研制出各种各样的荧光灯和激光器。