Ein quantenmechanischer Prozess, bei dem ein einfallendes Photon mit einem angeregten Quantensystem wechselwirkt und eine Übergang in einen niedrigeren Energiezustand induziert, wobei ein zweites Photon emittiert wird, das phasen- und frequenztreu sowie richtungsabhängig mit dem anregenden Photon korreliert ist.

Prinzip

Übergangsraten enthalten einen Term proportional zur Photonbesetzung des betreffenden Modus; bei nichtverschwindender Besetzung erhöht die Anwesenheit eines Photons die Wahrscheinlichkeit der Emission in denselben Modus und ermöglicht so Lichtverstärkung unter geeigneten Populationsbedingungen.

Demonstration

In einem Lasermedium mit Populationsinversion regt ein eintreffendes Photon viele Atome oder Moleküle an, zusätzliche Photonen gleicher Phase und Richtung auszusenden, was kohärente, verstärkte Strahlung entlang eines optischen Modus erzeugt, der vom Resonator eingeschlossen wird.

Fehlanwendung

Die stimulierte Emission als rein klassisches Kopieren von Photonen zu betrachten, das immer perfekte Klone produziert; dabei werden quantenmechanische Grenzen wie Linienbreite, Phasendiffusion, Moduskonkurrenz und die Notwendigkeit einer geeigneten Populationsverteilung und Modenkopplung übersehen.

Konsequenz

Ermöglicht optische und Mikrowellenverstärkung sowie kohärente Quellen (Laser, Maser); in Verbindung mit Rückkopplung und Populationsinversion führt sie zu exponentiellem Gewinn, Kohärenzaufbau und schmalbandiger Emission, die für Präzisionsmessungen und Kommunikation nutzbar ist.

Umkehrung

Absorption: der inverse quantenmechanische Prozess, bei dem ein eintreffendes Photon vernichtet wird, während das System seine Energie absorbiert und in einen höheren Energiezustand geht, wodurch die Photonenzahl im Modus sinkt.

Abgrenzung

Gilt für Übergänge zwischen quantisierten Energielevels, die an elektromagnetische Modi gekoppelt sind; schließt stimulierte Streuprozesse aus, die nicht als direkte Zwei-Niveau-Übergänge beschrieben werden (z. B. einige nichtlineare parametrische Prozesse), sofern sie sich nicht auf äquivalente stimulierte Emissionsbegriffe abbilden lassen.

Semantische Spannung

Wird oft der spontanen Emission gegenübergestellt und mit klassischer stimulierter Streuung oder parametrischer Verstärkung verglichen; Verwirrung entsteht darüber, ob stimulierte Emission immer Populationsinversion erfordert (bestimmte Verstärkungsschemata nutzen Kohärenz ohne einfache Inversion).

Synthese

Stimulierte Emission ist der quantenmechanische Verstärkungsmechanismus, bei dem die Besetzung eines elektromagnetischen Modus die Übergangswahrscheinlichkeit in denselben Modus erhöht und phasen- sowie frequenzgetreue Photonen erzeugt; sie bildet das operationelle Zentrum von Lasern und verwandten kohärenten Verstärkern.