光の吸収と光の放出について

光を電磁波（光です）のまま検出する事は難しいです。

しかし、電気などに変換してから検出する事は可能です。

そして光は、粒子と波を持っています。

量子力学では、光エネルギーを持つ粒なので光子（フォトンです）があります。

物質は光と相互作用を行う事によって、光の吸収と放出（発光です）が起こります。

光の吸収と光の放出について

物質を構成している原子は、正の電荷を持つ原子核と負の殿下を持つ電子からできています。

特に原子は、原子に特有なエネルギー状態（エネルギー準位です）があります。

主にエネルギーは、熱を放出するパターンや光として放出するパターンがあります。

 

そして光が物体から放出される場合は、外部からの作用によりも

原子が低いエネルギー状態に移る事による自然放出されます。

つまり、個々の原子から様々なタイミングで光が放出されるので位相が揃いません。

さらに特定の波長の光によって励起状態の原子を刺激して

同じ波長（振動数です）の光を放出させます（誘導放出です）。

つまり、個々の原子から位相が揃った光を得れます。

ちなみに励起状態は、量子力学的に最もエネルギーの低い基底状態よりも

エネルギーが高い状態です。

 

原子は、室温ではほとんど基底状態です。

そして、基底状態はとても安定しているので、

自然に光を吸収して不安定な励起状態になる事がないです。

光を吸収する過程を利用した実用品は、フォトダイオードや太陽電池などです。

励起状態にする為には、他のエネルギーを入れる必要があります。

他のエネルギーを加える事で、光が吸収されて励起状態に移ります。

さらに励起状態は、基底状態に比べて不安定なので原子は安定な状態に戻ろうとします。

つまり、エネルギー準位に映った時に差分のエネルギーを放出します。

ちなみに基底状態は、量子力学的に最もエネルギーの低い状態です。

光の公式について

光の吸収は、誘導吸収されます。

光の放出は、自然放出と誘導放出されます。

つまり、定常状態下では自然放出の速度+誘導放出の速度=吸収の速度です。