Ein quantenmechanischer Übergang, bei dem ein einfallendes Photon (oder eine Feldmode) einen angeregten Emittenten zur Emission eines zweiten Photons in dieselbe Mode veranlasst, sodass zwei Photonen in Frequenz, Phase und Richtung mit dem anregenden Feld kohärent sind.

Prinzip

Die Anwesenheit von Photonen in einer Mode erhöht die Übergangswahrscheinlichkeit vom angeregten in den unteren Zustand proportional zur Besetzungszahl (bosonische Stimulation); in Ratengleichungen wird dies durch Einsteins B-Koeffizienten beschrieben und mikroskopisch durch Kopplungsmatrixelemente von Emittent und Feld.

Demonstration

Optische Verstärkung in einem Lasermedium: eine angeregte Populationsinversion von Atomen oder Halbleiter­niveaus, die mit einer optischen Mode wechselwirkt, verstärkt diese Mode durch stimulierte Emission, bis die Verstärkung die Verluste ausgleicht und kohärente Laserstrahlung oberhalb der Schwelle entsteht.

Fehlanwendung

Jede gemessene Lichtzunahme als stimulierte Emission zu interpretieren ohne Überprüfung auf Modenübereinstimmung und Kohärenz, oder anzunehmen, stimulierte Emission erzeuge Energie ohne anfängliche Anregung (was Energieerhaltung und die Notwendigkeit von Inversion/Anregung verletzen würde).

Konsequenz

Ermöglicht kohärente Verstärkung elektromagnetischer Felder, bildet die Grundlage von Lasern und Maser und liefert Mechanismen für optische Schalter und Quantenzustandsübertragungen, wenn Moden- und Phasenbeziehungen erhalten bleiben.

Umkehrung

Der komplementäre Prozess ist Absorption, bei der ein einfallendes Photon vernichtet und der Emittent in einen höheren Energiezustand gebracht wird; spontane Emission steht ebenfalls im Gegensatz, da sie kein einfallendes Photon benötigt.

Abgrenzung

Erfordert Resonanz (Frequenzübereinstimmung), räumliche und modale Überlappung sowie eine verfügbare Population angeregter Emittenten; umfasst keine inkohärente Streuung, stark frequenzverschobene stimulierte Ramanprozesse oder klassische Gain-Beschreibungen ohne quantenstatistische Verstärkung.

Semantische Spannung

Wird häufig mit allgemeiner Verstärkung oder mit verstärkter spontaner Emission verwechselt; die Spannung liegt zwischen echter stimulierter Emission in einer wohldefinierten Quantensmode (kohärent, bosonisch verstärkt) und kohärentem/incoherentem Verstärkungslicht.

Synthese

Stimulierte Emission ist der bosonische, kohärenzerhaltende Prozess, durch den ein einfallendes Photon die Emission eines identischen Photons aus einem angeregten Quantensystem induziert und so frequenz‑, phasen‑ und modalverstärkte Strahlung erzeugt — die Grundlage von Lasern.