Können zwei Photonen ein Elektron nacheinander anregen?

Nov 27 2020

Ich weiß, dass eine Photonenenergie quantisiert wird und dass sie ein begrenztes Elektron von einem Energiezustand in den anderen anregen kann, was von der Energie abhängt, die das Photon trägt. Meine Frage ist, dass zwei Photonen ein Elektron aus einem Anfangszustand heraus anregen können (sagen wir E1) zu E2 und dann zu E3, ohne dass das Elektron dazwischen von E2 nach E1 fällt.

Antworten

3 CrazyGoblin Nov 27 2020 at 11:09

Kurze Antwort: Ja .

Warum kann es nicht? Ein Elektron kann immer wieder Energie aus kompatiblen Photonen gewinnen und sich zu immer höheren Energieniveaus bewegen (bis es schließlich das Atom selbst verlässt!), Solange die Zeit zwischen den aufeinanderfolgenden Anregungen nicht ausreicht, damit das Elektron auf seine zurückfällt Grundzustand.

Die Entspannung (Übergang von einem angeregten Zustand in einen Zustand niedrigerer Energie) erfolgt auf drei Wegen:

  • Spontane Emission (Zeit: $\sim 10^{-8}$s)
  • Stimulierte Emission
  • nicht strahlender Zerfall

All dies dauert einige Zeit und geschieht nicht sofort. Wenn das Elektron also erneut angeregt wird, bevor es sich in einen Zustand niedrigerer Energie entspannt, wird es mit Sicherheit in einen Zustand höherer Energie übergehen$E_n, \ n>1$.

2 Vadim Nov 27 2020 at 15:48

Zur Antwort von @CrazyGoblin hinzufügen. Jeder Staat kann durch ein Leben charakterisiert werden ,$\tau_i$, die die Entspannungsrate charakterisiert $\Gamma_{i\rightarrow 0}=1/\tau_i$in den Grundzustand. Das Induzieren einer Absorption in einen Zustand höherer Energie erfordert, dass die Absorption schneller als die Relaxation erfolgt. Mit anderen Worten, die Absorptionsrate, die durch die Fermi-Golden-Regel gegeben ist,$\Gamma_{i\rightarrow j}$sollte höher sein als die Relaxationsrate zum Grundzustand (vorzugsweise viel höher, damit der Effekt klar erkennbar ist): $$ \Gamma_{i\rightarrow j} \gg \Gamma_{i\rightarrow 0}. $$Da die Absorptionsrate proportional zum Quadrat des Matrixelements ist, dh zu dem Quadrat des Feldes, das die Absorption induziert, erfordert dies normalerweise sehr starke optische Felder und gehört als solche zum Bereich der nichtlinearen Optik . Die Absorption aus dem Grundzustand hat offensichtlich den Vorteil, dass der Grundzustand eine unendliche Lebensdauer hat und die Absorption selbst für relativ niedrige Felder leicht beobachtet werden kann.

Abschließend möchte ich darauf hinweisen, dass bei starken Feldern und geeigneten nicht-dipolaren Kopplungen eine Zwei- und Mehrphotonenabsorption beobachtet werden kann, auch wenn keine Zwischenwerte vorhanden sind.