吸収(absorption)、自然放出(spontaneous emission)、誘導放出(stimulated emission)

図1:吸収(absorption)、自然放出(spontaneous emission)、誘導放出(stimulated emission)

励起状態に原子(または分子) が励起されている系では吸収、自然放出、誘導放出、非放射遷移 が同時に起こっている。ここで原子の放出光スペクトル関数をg(ν) とし、媒質に周波数ν、強度Iν = cρν/n の光が入射した場合を考える。ここでc は光速、n は媒質の屈折率,ρν は周波数ν でのエネルギー密度である。この時、媒質の単位長さ当たりの光強度の増加は次式で与えられる。

媒質の単位長さ当たりの光強度の増加

ここでσ(ν) は誘導放出断面積、γ(ν) は利得であり、次式で表される。

誘導放出断面積と利得

誘導放出断面積(吸収断面積) は、原子がある断面積を持ち、この断面積の中に入射した光子が誘導放出(吸収) を起こすものと考えることができる。単純な2準位系では、吸収断面積と誘導放出断面積は等しい。

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