Quantenprozesse

Die Quanteneigenschaften dominieren die Felder der Atom- und Molekülphysik. Strahlung ist quantisiert, so dass es für eine gegebene Frequenz nur eine Quantenenergie für Photonen geben kann. Die Energieniveaus der Atome und Moleküle können nur bestimmte, quantisierte Werte annehmen.Übergänge zwischen diesen quantisierten Zuständen finden mit den Photonenprozessen Absorption, Emission und stimulierter Emission statt. All diese Prozesse fordern, dass die Photonenergie, gegeben durch die Planckbeziehung, gleich der Energiedifferenz der beteiligten Energiezustände ist.


Wechselwirkung von Strahlung mit Materie

Elektromagnetisches Spektrum

Index
 
HyperPhysics***** Quantenphysik R Nave
Zurück





Absorption und Emission

Nimmt man die Elektronenübergänge bei Wechselwirkung von sichtbarem oder ultraviolettem Licht mit Materie als Beispiel, so wird die Absorption nur dann auftreten, wenn die Quantenenergie des Photons genau der Energielücke zwischen Anfangs- und Endzustand entspricht. Gibt es bei der Wechselwirkung von Strahlung mit Materie kein Paar von Energiezuständen, so dass die Photonenenergie das System von einem niedrigen in einen höheren Zustand versetzen kann, so wird das Material transparent für diese Strahlung sein.


Wechselwirkung von Strahlung mit Materie

Index
 
HyperPhysics***** Quantenphysik R Nave
Zurück





Stimulierte Emission

Wenn sich ein Elektron bereits in einem angeregten Zustand (höheres Energieniveau) befindet, im Bezug auf das kleinstmögliche Niveau ("Grundzustand"), so kann ein einfallendes Photon mit der Energiedifferenz vom angeregten Zustand zu einem niedrigerem Niveau einen Übergang in ein niedrigeres Niveau "stimulieren", bei dem ein zweites Photon mit der gleichen Energie erzeugt wird.

Wenn sich eine große Anzahl von Elektronen in höheren Niveaus befindet, spricht man von einer "Besetzungsinversion", was die Vorraussetzung für eine Emission vieler Photonen ist. Dies ist die Bedingung für die Lichtverstärkung, wie sie beim Laser auftritt. Da die emittierten Photonen eine feste Zeit- und Phasenbeziehung zueinander haben, hat das Licht einen hohen Grad an Kohärenz.

Genau wie bei der Absorption und Emission benötigt die stimulierte Emission eine Photonenenergie (gegeben durch die Plackbeziehung) in der gleichen Größe, wie die Energiedifferenz zwischen den beteiligten Niveaus.

Wechselwirkung von Strahlung mit Materie

BesetzungsinversionKohärentes Licht
Index

Mehr zu Lasern
 
HyperPhysics***** Quantenphysik R Nave
Zurück