¿Pueden dos fotones excitar un electrón consecutivamente?
Sé que la energía de un fotón está cuantificada y que puede excitar un electrón limitado de un estado de energía a otro, lo que depende de la energía que lleva el fotón. Mi pregunta es si dos fotones pueden excitar consecutivamente un electrón desde un estado inicial (digamos E1) a E2 y luego a E3 sin que el electrón caiga de E2 a E1 en el medio.
Respuestas
Respuesta corta: sí .
¿Por qué no puede? Un electrón siempre puede continuar ganando energía de fotones compatibles y moverse a niveles de energía cada vez más altos (¡hasta que finalmente abandona el átomo mismo!) Siempre que el tiempo entre las excitaciones consecutivas no sea suficiente para que el electrón vuelva a su estado fundamental.
La relajación (pasar de un estado de excitación a un estado de menor energía) ocurre a través de tres vías:
- Emisión espontánea (tiempo: $\sim 10^{-8}$s)
- Emision estimulada
- decaimiento no radiativo
Todos estos toman algún tiempo y no suceden instantáneamente. Entonces, si el electrón se vuelve a excitar antes de que se relaje a un estado de energía más bajo, entonces seguro que pasará a un estado de energía aún más alto.$E_n, \ n>1$.
Para agregar a la respuesta de @CrazyGoblin. Cada estado puede caracterizarse por una vida ,$\tau_i$, que caracteriza la tasa de relajación $\Gamma_{i\rightarrow 0}=1/\tau_i$al estado fundamental. Inducir una absorción a un estado de mayor energía requiere que la absorción ocurra más rápido que la relajación. En otras palabras, la tasa de absorción, dada por la regla de oro de Fermi,$\Gamma_{i\rightarrow j}$, debe ser mayor que la tasa de relajación al estado fundamental (preferiblemente mucho mayor, para que el efecto sea claramente observable): $$ \Gamma_{i\rightarrow j} \gg \Gamma_{i\rightarrow 0}. $$ Dado que la tasa de absorción es proporcional al cuadrado del elemento de matriz, es decir, al cuadrado del campo que induce la absorción, esto normalmente requiere campos ópticos muy fuertes y, como tal, pertenece al dominio de la óptica no lineal . La absorción del estado fundamental tiene obviamente la ventaja de que el estado fundamental tiene una vida útil infinita, y la absorción se puede observar fácilmente incluso para campos relativamente bajos.
Finalmente, permítanme señalar que dados los campos fuertes y los acoplamientos no dipolares apropiados, se puede observar la absorción de dos fotones y de múltiples fotones incluso sin niveles intermedios presentes.