Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação
A amplificação da luz por emissão estimulada de radiação é uma frase que pode não ser familiar para você, mas certamente você já usou a sigla para esta frase inúmeras vezes: laser. Nesta lição, discutimos o processo fundamental subjacente aos lasers, ou emissão estimulada. Mas, primeiro, discutiremos dois conceitos relacionados: absorção e emissão espontânea.
Observe que nesta lição, quando o termo radiação é mencionado, ele se refere à radiação eletromagnética e não à radiação particulada. Lembre-se de que a luz visível, assim como qualquer outro segmento do espectro eletromagnético, é uma forma de radiação eletromagnética. Além disso, lembre-se de que o termo fóton é usado para se referir a um ‘pacote’ de radiação eletromagnética.
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Absorção
Absorção, emissão espontânea e emissão estimulada são processos que lidam com elétrons e fótons orbitais. Observe que essas interações atômicas nem sempre estão confinadas apenas aos elétrons, mas para simplificar nossa discussão, vamos nos concentrar nos elétrons. Se um fóton interage com um elétron orbital, dadas as condições apropriadas, o fóton é absorvido pelo elétron. Quando isso ocorre, o elétron se move para um nível de energia mais alto. Esse evento é chamado de absorção . Quando um elétron se move para um nível de energia mais alto, ele está em um estado excitado.
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Emissão espontânea
A emissão espontânea ocorre quando um elétron que está em um estado excitado passa espontaneamente para um estado de energia inferior. Quando isso ocorre, um fóton é emitido. A energia do fóton é igual à diferença de energia entre os dois níveis de energia. Todas as formas de luminescência são o resultado de emissões espontâneas de luz, o que significa que os divertidos fenômenos de brilho no escuro também são o resultado de emissões espontâneas de luz.
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Emissão estimulada
A emissão estimulada é semelhante à emissão espontânea em que um elétron se move de um nível de energia mais alto para um nível de energia mais baixo, mas esses são dois processos distintos. Na emissão estimulada, um fóton interage com um elétron que está em um estado excitado. A energia do fóton deve ser igual à diferença de energia entre os dois níveis de energia do elétron pertinentes. Essa interação do fóton «estimula» o elétron a fazer a transição para um nível de energia inferior. Quando isso ocorre, um fóton é liberado. Tanto o fóton estimulante quanto o fóton liberado são emitidos. Ambos os fótons têm a mesma energia, mesma fase e viajam na mesma direção. Os lasers funcionam aproveitando o processo de emissão estimulada e sua capacidade de resultar na existência de fótons «idênticos».
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Resumo da lição
Absorção, emissão espontânea e emissão estimulada são três processos atômicos que envolvem elétrons e fótons orbitais. Na absorção , um elétron atinge um estado excitado ao absorver a energia de um fóton. Na emissão espontânea , um elétron em um estado excitado libera espontaneamente um fóton e se move para um estado de energia inferior. Na emissão estimulada , um elétron que está em estado excitado interage com um fóton e, no processo, libera um fóton que está em fase, possui a mesma energia e viaja na mesma direção do fóton estimulador.