自发辐射(spontaneous emission)

2021-04-29 14:47:44 浏览:857

定义

由激发态原子或离子的自发衰变导致的量子效应。

当一个原子(或者激光增益介质中的离子)被激发到一个较高的能级(如通过吸收光子)后,经过一段时间后会以光子的形式释放能量,并自发地跃迁到基态,或者跃迁到基态与激发态之间的态。(光子可以对应介质中原子或离子的任何传输模式)这个过程就叫做自发辐射。

自发辐射是一种量子效应,而在半经典图像中其被描述为真空噪声导致的辐射,也就是光场在零点处的涨落。通过在微腔结构中加入原子或者离子可以抑制或者修正自发辐射,因为加入原子或者离子后会改变光场的模场结构,这一事实可以支持以上观点。

自发辐射的速率(以及激发能级的寿命)是由原子的性质和周围介质的模场结构决定的。对于在自由空间(或者均匀介质)中的原子,可以利用跃迁截面来计算自发辐射的速率。通常来说,当上能级原子可以跃迁到较低能级时,其寿命在几个纳秒左右;对于禁戒跃迁的情况而言,其寿命会长很多。

自发辐射产生的光是荧光。由激光增益介质辐射的荧光的能量通常约为激光输出功率的十分之一到三分之一。荧光光谱由跃迁截面决定。

参考文献

[1] D. Kleppner, “Inhibited spontaneous emission”, Phys. Rev. Lett. 47 (4), 233 (1981)
[2] J. J. Sanchez-Mondragon and N. B. Narozhny, “Theory of spontaneous-emission line shape in an ideal cavity”, Phys. Rev. Lett. 51 (7), 550 (1983)
[3] H. Summers et al., “Spontaneous emission control in quantum well laser diodes”, Opt. Express 2 (4), 151 (1998)
[4] S. Noda et al., “Spontaneous emission control by photonic crystals and nanocavities”, Nature Photon. 1, 449 (2007)

参阅:受激辐射、量子噪声、辐射寿命、上能态寿命、跃迁截面、荧光、激光阈值、参量荧光

涨落和噪声

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