Una transición cuántica en la que un fotón incidente (o modo de campo) induce a un emisor excitado a decaer a un nivel de menor energía emitiendo un segundo fotón en el mismo modo, produciendo dos fotones coherentes en frecuencia, fase y dirección con el campo que induce.

Principio

La presencia de fotones en un modo aumenta la probabilidad de transición desde el estado excitado al inferior en proporción al número de ocupación (estimulación bosónica); en ecuaciones de tasas esto se caracteriza por los coeficientes B de Einstein y, microscópicamente, por los elementos de matriz que acoplan emisor y campo.

Demostración

Ganancia óptica en un medio láser: una inversión de población de átomos o niveles de semiconductor que interactúa con un modo óptico amplifica ese modo por emisión estimulada hasta que la ganancia compensa las pérdidas, produciendo salida láser coherente por encima del umbral.

Aplicación incorrecta

Interpretar cualquier aumento de luz detectada como emisión estimulada sin verificar coincidencia de modo y coherencia, o asumir que la emisión estimulada puede generar energía sin una excitación inicial (violando conservación de la energía y la necesidad de inversión o bombeo).

Consecuencia

Permite la amplificación coherente de campos electromagnéticos, sustenta el funcionamiento de láseres y máseres y proporciona mecanismos para conmutación óptica y transferencia de estados cuánticos cuando se preservan las relaciones de fase y modo.

Inversión

El proceso complementario es la absorción, donde un fotón incidente es destruido y el emisor pasa a un estado de mayor energía; la emisión espontánea también contrasta porque no requiere fotón incidente.

Límite

Requiere resonancia (coincidencia de frecuencia), solapamiento espacial y modal, y una población disponible de emisores excitados; no incluye dispersión incoherente, procesos Raman estimulados con gran desplazamiento de frecuencia ni descripciones clásicas de ganancia sin mejora bosónica cuántica.

Tensión semántica

A menudo se confunde con la amplificación general o con la emisión espontánea amplificada; la tensión clave es entre la verdadera emisión estimulada en un modo cuántico bien definido (coherente, con refuerzo bosónico) y la amplificación espontánea o el ganho incoherente.

Síntesis

La emisión estimulada es el proceso bosónico que preserva la coherencia por el cual un fotón incidente induce la emisión de un fotón idéntico desde un emisor excitado, generando radiación amplificada en modo y correlada en fase — la base de los láseres y amplificadores coherentes.