Emissionsprozesse

Emissionsprozesse bezeichnet die Abgabe von Energie durch ein System beim Übergang von einem angeregten Zustand in einen energetisch niedrigeren Zustand. In der Regel erfolgt die Energieabgabe in Form elektromagnetischer Strahlung, kann aber auch als Teilchenstrahlung auftreten. Emissionsprozesse treten in Atomen, Ionen, Molekülen, Festkörpern und Plasmen auf und können radiativ oder nicht radiativ erfolgen.

Radiative Emission umfasst Prozesse, bei denen die Energie in Form von Licht abgegeben wird. Spontane Emission ist der unveranlasste Zerfall eines angeregten Zustands mit Photonenausstrahlung. Stimulierter Emission tritt auf, wenn ein externes Photonenfeld vorhanden ist, und bildet die Grundlage für Laser. Die Übergangsrate wird durch Einstein-A- und -B-Koeffizienten beschrieben; Spektrallinien ergeben sich aus erlaubten oder verbotenen Übergängen gemäß Quantenregeln.

Nicht-radiative Emission bzw. nicht-radiative Relaxation beschreibt Übergänge, bei denen Energie nicht als Strahlung abgegeben wird, sondern als Wärme oder in Form von Molekül- bzw. Festkörpervibrationen transferiert wird. Typische Prozesse sind innere Konversion, Vibrationsrelaxation und Quenching. Zwischenradiative Prozesse konkurrieren oft mit nicht-radiativen Wegen, wodurch die Gesamtlebensdauer angeregter Zustände bestimmt wird. Fluoreszenz bezeichnet schnelle radiative Emission, während Phosphoreszenz durch spinverbotene Übergänge verzögert auftreten kann.

Weitere Beispiele finden sich in der Spektroskopie, der Plasmaphysik und der Astronomie: Emissionen aus heißen Gasen erzeugen Spektrallinien und Bremsstrahlung aus beschleunigten Elektronen trägt zum Kontinuum bei. In Technik und Alltag nutzen Leuchtdioden, Laser und Bildgebungsverfahren Emissionsprozesse, um Licht zu erzeugen oder Eigenschaften von Materialien zu untersuchen.