躍遷

躍遷 (Transition)
臺中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

受束縛的粒子從原本所在的能階，跳到另一個能階的行為，例如氫原子之束縛電子的能階，從基態(ground state)跳到第一激發態(first excited state)，稱之為躍遷(transition)，一般而言，躍遷的原因，都是受到外在能量影響而發生的，但根據機制的不同，可以簡單分成：吸收(absorption)、受激輻射(stimulated emission)、以及自發輻射(spontaneous emission)三種。

吸收是束縛粒子吸收了外在給予的能量，從低能階躍遷到高能階的行為，簡單的說，就是把光打在束縛粒子上，不過並非所有頻率的光都會使粒子發生躍遷，而 是需要特定頻率的光，因為能量是量子化的，束縛粒子僅能吸收或放出特定能量才能躍遷到另一個能階，因此，使發生吸收的光頻為：

其中 E₁ 是低能階的能量、E₂ 是高能階的能量、h 是普朗克常數。

受激輻射，是粒子從高能階躍遷到低能階的行為，當然仍需要光或電磁波給予能量干擾，激發躍遷，其入射光或電磁波的頻率仍可從上式決定，然而粒子掉到低 能階時，能量降低了，這些能量並不會憑空消失，而是轉換成了光，輻射出去，而且此輻射光具有和入射光相同的相位、頻率、方向等等特性，因此稱為受激輻射。

而所謂的自發輻射，則是粒子處於高能階的狀態時，在沒有任何入射光或電磁波的干擾下，自行往低能階躍遷並放出輻射，不過剛剛提到躍遷的原因，都是受到 外在能量的干擾而發生的，但在沒有外加任何光、電磁波的情況下，能量要從哪裡來？答案是來自於真空中的能量，事實上，真空並非空無一物，而是會突然生出一 對物質與其反物質，例如電子與正子，然後再互相湮滅，當然也有可能生出兩對電子與正子，然後再彼此交互湮滅，因此在真空中，什麼情況都會發生，不過為了不 違反測不準原理， 從真空中取出的能量越多，湮滅的時間就會越快，然而，因為所有的情況都會發生，只要達到能使原本處於高能階的粒子，往低能階躍遷的條件，就算沒有任何外加 光、電磁波的情況下，躍遷仍是可能發生的，不過因為產生的物質必須在互相湮滅，只能干擾系統，並不能給予能量，因此讓低能階吸收能量而往高能階躍遷是不可 能的。

自發輻射和受激輻射，是製造雷射光非常重要的機制之一，先讓某個粒子自發輻射，此輻射光會引起其他高能階粒子的受激輻射，如此一來，光的強度不但變高了，每個光子都具有相同的相位、頻率等特性，接著再經過增益介質和共振腔的處理，就成了我們熟知的雷射光了。

參考資料
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%97%E6%BF%80%E5%8F%91%E5%B0%84
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E5%8F%91%E5%8F%91%E5%B0%84