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제목 : In stimulated emission, why don't electrons just jump to a higher energy state instead of a lower one when they get hit by a photon for the second time? Isn't that counter intuitive?
During stimulated emission, the atoms/electrons are NOT hit twice like you say.
유도 방출 동안 원자/전자는 당신이 말하는 것처럼 두 번 맞지 않습니다.
Here’s one approach.
여기에 한 가지 접근 방식이 있습니다.
First, don’t lose sight that photons aren’t like tiny bullets.
첫째, 광자는 작은 총알과 같지 않다는 사실을 잊지 마십시오
The photons don’t “have location.”
광자는 "위치"가 없습니다 .
(If they did, then EM waves couldn’t exist)
(그렇다면 EM파는 존재할 수 없습니다)
Instead, each photon has an infinite number of locations at the same time.
대신 각 광자는 동시에 무한한 수의 위치를 가집니다.
Or in Feynman’s QED interpretation, when a tiny light-source emits a single quantum of radiation, an infinite number of virtual photons are taking all possible paths, and filling all the space around the source.
또는 Feynman의 QED 해석에서, 작은 광원이 단일 방사선 양자를 방출할 때, 무한한 수의 가상 광자가 가능한 모든 경로를 선택하고 광원 주변의 모든 공간을 채우고 있습니다.
(When taken together, they end up behaving just like EM sphere-waves)
(함께 취하면, EM 구면파처럼 행동하게 됩니다)
So, during stimulated emission, your electron gets hit by an infinite number of photons!
따라서 유도 방출 동안 전자는 무한한 수 의 광자와 충돌합니다!
But its atom doesn’t absorb any of them.
그러나 그것의 원자는 그것들을 흡수하지 않습니다.
They just alter the probability for the pumped atom fluorescing.
그들은 단지 펌핑된 원자 형광의 확률을 변경합니다.
To understand stimulated emission, it greatly helps to stop thinking in terms of little bullets which “hit” the atoms.
유도 방출을 이해하려면 원자에 "충돌"하는 작은 총알의 관점에서 생각하는 것을 멈추는 것이 크게 도움이 됩니다.
(What is light? Is it really just a bunch of photons? Or is light really just the propagating shapes of e-flux and b-flux; the electromagnetic waves? No! Yes! Both, and neither.There is no single correct answer)
(빛이란 무엇입니까? 정말 광자 다발입니까? 아니면 빛이 정말 e-플럭스와 b-플럭스, 전자기파의 전파 형태입니까? 아니오! 예! 둘 다 맞거나, 둘 다 아닙니다. 하나의 정답은 없습니다)
Heh, notice that with Feynman’s infinite population of QED virtual photons, the crowd of photons acts like the “wavelets” in Huygens’ wavelet-model of EM radiation!
Feynman의 무한한 QED 가상 광자 개체군에서, 광자 무리가 EM 방사선의 Huygens 웨이블릿 모델에서 "웨이블렛"처럼 작동한다는 점에 주목하십시오!
So, when an atom has been pumped to a metastable state, it always starts to weakly fluoresce.
따라서 원자가 준안정 상태로 펌핑되면 항상 약한 형광을 발하기 시작합니다.
Or in other words, the probability-cloud of emitted radiation starts expanding from that “pumped” atom.
즉, 방출된 방사선의 확률 구름이 "펌핑된" 원자에서 확장되기 시작합니다.
The single atom emits a very weak sphere-wave.
단일 원자는 매우 약한 구형파를 방출합니다.
That’s standard fluorescence.
그것은 표준 형광입니다.
However, if that atom also was immersed in an EM wave having the same frequency as fluorescence, then because of that wave passing by, the atom may start dumping its energy much faster than normal.
그러나 그 원자가 형광과 동일한 주파수를 갖는 EM파에 잠기면, 그 파동이 지나가기 때문에, 원자는 평소보다 훨씬 더 빨리 에너지를 버리기 시작할 수 있습니다.
Here’s another approach involving tiny radio antennas.
작은 라디오 안테나와 관련된 또 다른 접근 방식이 있습니다.
Stimulated emission isn’t a pure quantum-mechanical phenomenon.
유도 방출은 순수한 양자 역학적 현상이 아닙니다.
Like most of physics, classical analogies exist.
대부분의 물리학과 마찬가지로 고전적인 비유가 존재합니다.
We can built a tiny GHz resonator, give it a kick, and have it “ring down” while emitting microwave radiation.
우리는 아주 작은 GHz 공진기를 만들고, 그것을 걷어차고, 마이크로파 방사선을 방출하는 동안 "울리도록" 할 수 있습니다.
If our resonator is physically far smaller than one wavelength, then it will only emit weak radiation, and will keep oscillating for a huge number of cycles.
우리의 공진기가 물리적으로 한 파장보다 훨씬 작다면 약한 방사만 방출하고 엄청난 수의 주기 동안 계속 진동할 것입니다.
Our GHz resonator is behaving like a pumped, metastable atom.
우리의 GHz 공진기는 펌핑된 준안정 원자처럼 작동합니다.
(In terms of Classical EM, atoms are poor antennas. They’re hundreds of times smaller than the EM emission wavelength. For this reason, the rate of energy-loss via radiation is quite low, and they can “ring” for many, many cycles)
(고전적인 EM의 관점에서 원자는 열악한 안테나입니다. 원자는 EM 방출 파장보다 수백 배 더 작습니다. 이러한 이유로 방사선을 통한 에너지 손실률은 매우 낮고 많은 사람들에게 "울릴" 수 있습니다, 많은 사이클동안)
Now let’s blast our resonator with a microwave beam, where the frequency of the beam is the same as the resonator.
이제 공진기를 폭파합시다, 주파수가 공진기와 동일한 마이크로파 빔으로
Two things may happen.
두 가지 일이 발생할 수 있습니다.
First, if the phase is roughly opposite that of the resonator, then the resonator will absorb more energy from the beam, and briefly cast a downstream shadow.
첫째, 위상이 공진기의 위상과 거의 반대이면 공진기가 빔에서 더 많은 에너지를 흡수하고 잠시 다운스트림 그림자를 드리웁니다.
(Very NOT atom-like, since pumped atoms can’t absorb more photons of the same energy)
(매우 원자와 같지 않은데, 펌핑된 원자는 동일한 에너지의 더 많은 광자를 흡수할 수 없기 때문입니다)
Or second, if the phase of the stimulating beam is instead roughly the same as that of the resonator, then the resonator will be forced to dump its stored energy.
또는 둘째, 만약 자극된 빔의 위상이 공진기의 위상과 대략 동일하면 공진기는 강제로 저장된 에너지를 버리도록 강제될 겁니다.
It will briefly cast a downstream “anti-shadow,” where its sphere-wave emission will superpose (중첩하다) with the incoming plane-wave beam, to produce a bright downstream lobe in the interference pattern.
잠시 투사합니다, 다운스트림 "안티 섀도우"를, 구면파 방출이 들어오는 평면파 빔과 중첩되는 곳에서, 간섭 패턴에서 밝은 다운스트림 로브를 생성하기 위해
Excess energy has appeared in the wavetrain.
과도한 에너지가 웨이브트레인에 나타났습니다.
And, the same amount of energy was removed from the resonator.
그리고 같은 양의 에너지가 공명기에서 제거되었습니다.
The stimulating beam is now stronger.
이제 자극 빔이 더 강해졌습니다.
It has been amplified by the in-phase emission from the “fluorescing” GHz resonator.
이것은 "형광" GHz 공진기의 동위상 방출에 의해 증폭되었습니다.
But also, the normally-weak, long-lasting fluorescence from the resonator was greatly enhanced, and the natural time-constant of the fluorescent emission greatly shortened.
그러나 또한 일반적으로 약하고 오래 지속되는 공진기의 형광이 크게 향상되었으며 형광 방출의 자연 시정수가 크게 단축되었습니다.
In other words, because the stimulating beam is present, the resonator suddenly “dumped out” its internal oscillations, producing a brief, intense EM sphere-wave.
즉, 자극 빔이 존재하기 때문에 공진기는 갑자기 내부 진동을 "제거"하여 짧고 강렬한 EM 구면파를 생성합니다.
(And lastly, if the stimulating beam is made more intense, then the “dumping” effect is greater, and more brief)
(마지막으로 자극 빔을 더 강하게 하면 "덤핑" 효과가 더 크고 더 짧습니다)
If we apply these concepts to atoms in a laser-medium, then it’s clear that the atom never actually absorbed any energy from the stimulating beam.
이러한 개념을 레이저 매체의 원자에 적용하면 원자가 실제로 자극 빔에서 에너지를 흡수하지 않는다는 것이 분명합니다.
It doesn’t get struck by two photons.
두 개의 광자에 부딪히지 않습니다.
Instead, the very presence of that beam is “persuading” the atom to launch a wavetrain, dumping out its stored energy at a far greater rate than it otherwise would.
대신, 그 빔의 존재 자체가 원자가 웨이브트레인을 시작하도록 "설득"하여 저장된 에너지를 훨씬 더 빠른 속도로 방출합니다.
However, this only makes sense if we treat the light as Classical EM waves, with superposition and interference patterns,
그러나 이것은 우리가 빛을 중첩 및 간섭 패턴이 있는 고전적인 EM파로 취급하고,
and where atoms behave as tiny electrical resonators connected to very short antennas.
원자가 매우 짧은 안테나에 연결된 작은 전기 공진기로 작동하는 경우에만 의미가 있습니다.
How about a third approach: the DC case. With circuits and capacitors!
세 번째 접근 방식인 DC 사례는 어떻습니까? 회로와 축전기로!
If we “charge” a capacitor by briefly connecting it to a DC power supply, then the capacitor can be our model of a metastable “pumped” atom.
Disconnect the capacitor and sit it alone on the table. Perhaps connect it to a large-value resistor, to represent the weak fluorescent output.
Next, apply the “stimulating beam” by suddenly connecting a constant-current power supply to the charged capacitor.
Two things might happen. First, if the supply has a current direction opposite to the “fluorescing” charged capacitor, then the capacitor’s voltage rises, and it absorbs energy from the stimulating supply.
Or second, if the supply instead had the same polarity as the capacitor leakage, then the capacitor starts dumping out its energy!
It dumps much faster than the expected weak fluorescent losses. Its voltage decreases towards zero, and its stored energy is flowing out of the capacitor and into the power supply.
(The presence of the power supply has caused the capacitor to dump its energy.)
And, if the value of supply-current is set even higher, then the capacitor will dump its stored energy at a higher rate, and its voltage decreases even faster.
(An analogous sudden-dumping effect is seen with Q-switched pulse-lasers.)
These analogies are pretty crude, of course. At best, they’re examples of two-level QM systems.
We can model the stimulated emission over brief interaction times, but I don’t see how Classical systems would produce some overall laser-action.
After all, once a “stimulated” resonator’s stored energy has decreased to zero, then it starts absorbing energy from the stimulating beam, attenuating that beam.
(However, might we produce the classical analogy of Rabi oscillations? If the components somehow overshot while dumping? Would they alternately absorb-then-lase? Dunno. I gotta think more about this.)
Anyway, if you want to take a fun trip, go search for articles about: “classical analog” (also “analogy”) in quantum mechanics.
어쨌든 재미있는 여행을 하고 싶다면 양자역학의 "클래식 아날로그"(또한 "아날로지")에 대한 기사를 검색하십시오.
Classical analog for lasers. Wow, even Bohm-Aharonov effect has a Classical-physics version?!! Old article in Physics Today magazine.
레이저용 클래식 아날로그. 와우, Bohm-Aharonov 효과에도 고전 물리학 버전이 있습니까?!! Physics Today 잡지의 오래된 기사에서.
또 다른 답변
https://qr.ae/pyvgXf
A higher matching energy level need not exist.
더 높은 매칭 에너지 레벨이 존재할 필요는 없습니다.
A molecule can absorb a photon and jump to another energy level only if the difference between the energy levels is equal to that of the photon.
분자는 에너지 준위 간의 차이가 광자의 차이와 같을 때만 광자를 흡수하고 다른 에너지 준위로 점프할 수 있습니다.
Since energy levels are not equally spaced in general, a target state need not exist that can be reached from the excited state.
일반적으로 에너지 준위의 간격이 일정하지 않기 때문에 여기 상태에서 도달할 수 있는 목표 상태가 반드시 존재할 필요는 없습니다.
This makes stimulated emission the only possibility.
이것은 유도 방출이 유일한 가능성이 되도록 합니다.
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