Descubra o que é a emissão estimulada, seu papel fundamental nos lasers e sua descrição matemática, essencial na física moderna e tecnologia.
O que é Emissão Estimulada?
A emissão estimulada é um fenômeno físico que ocorre quando um fóton incidental incita a liberação de outro fóton por um átomo, íon ou molécula que está em um estado excitado de energia. Esse segundo fóton tem a mesma frequência, fase, polarização e direção do fóton incidente. Este é o princípio básico por trás de dispositivos como laser e amplificadores ópticos.
Entendendo a Emissão Estimulada através da Equação
Para entender a emissão estimulada, podemos nos referir ao trabalho do físico Albert Einstein, que postulou sobre as possíveis transições entre estados de energia de um átomo. Estas são expressas em termos de coeficientes de probabilidade, ou coeficientes de Einstein, para emissão espontânea (A), emissão estimulada (B), e absorção (B). Não há uma “equação de emissão estimulada” per se, mas podemos entender esse fenômeno através das relações estabelecidas por esses coeficientes.
Para o fenômeno de emissão estimulada, utilizamos o coeficiente \( B_{21} \). Quando um fóton com uma energia igual à diferença de energia entre dois níveis atinge um átomo no nível de energia mais elevado (estado excitado), ele pode provocar a queda do átomo para o nível de energia mais baixo, resultando na liberação de um segundo fóton. A taxa de emissão estimulada é proporcional à intensidade da radiação eletromagnética incidente e ao número de átomos no estado excitado.
O cálculo da emissão estimulada pode ser expresso como:
\[ R_{emiss\tilde{o} est\tilde{i}m\tilde{u}l\tilde{a}da} = B_{21} \cdot \rho(\nu) \cdot N_2 \]
Onde:
– \( R_{emiss\tilde{o} est\tilde{i}m\tilde{u}l\tilde{a}da} \) é a taxa de emissão estimulada.
– \( B_{21} \) é o coeficiente de Einstein para emissão estimulada.
– \( \rho(\nu) \) é a densidade de energia do campo de radiação em uma frequência específica \( \nu \).
– \( N_2 \) é o número de átomos no estado excitado.