7.1.3.  Вынужденное испускание света

Если атом находится на верх­нем энергетическом уровне, то пролетающий фотон с энергией  может сыграть роль своеобразного «спускового крюч­ка»: он может вызвать (инициировать) переход , т.е. возв­ращение атома на нижний уровень. Переход  сопровождается испусканием фотона (см. рис. 7.1, б). Новый фотон, как и исходный фотон, имеет энергию:

.

Более того, он имеет такое же на­правление импульса и такую же по­ляризацию. Иными словами, вторич­ный фотон (фотон, испущенный ато­мом в процессе перехода ) оказывается в том же самом со­стоянии, в каком находится первич­ный фотон (фотон, вызвавший рас­сматриваемый переход). В этом как раз и проявляется бозонный харак­тер статистики фотонов – тенден­ция фотонов накапливаться в одном и том же состоянии.

Рассмотренный процесс назы­вают вынужденным (индуцирован­ным) испусканием света. Чем боль­ше имеется первичных фотонов, тем выше вероятность того, что атом, находящийся на уровне , совер­шит переход на уровень . Здесь проявляется определенное сходство между вынужденным испусканием света и поглощением света: вероят­ности обоих процессов пропорциональны числу первичных фотонов. Вероятность  вынужденного испускания света, отнесенная к единице времени, равна:

.                                                        (7.2)

Выражение (7.2) совпадает с выражением (7.1).

Итак, если атом находится на уровне , то фотон с энергией , вызывает переход  (и при этом уничтожается); если же атом находится на уровне , то рассматриваемый фотон с такой же вероятностью вызывает переход  (и при этом рождается еще один фотон).

Предположим, что имеется много атомов на уровне . Про­летая мимо них, первичный фотон может инициировать переход  во многих атомах, т.е. может инициировать рождение не одного, а целой лавины вторичных фотонов. Все эти фотоны будут рождаться в том же самом состоянии, в каком находится первич­ный фотон. Таким образом, один фотон может инициировать рож­дение целого волнового цуга, причем длина этого цуга (определяемая количеством родившихся вторичных фотонов) может быть, в принципе, сколь угодно большой.