自発的発火と刺激的発火

発光とは、電子が2つの異なるエネルギー準位の間を遷移するときに、光子の形で放出されるエネルギーのことです。一般に、原子や分子などの量子系は、コアの周りに多くのエネルギー準位が集まってできている。電子はこれらの電子エネルギー準位に存在し、通常、エネルギーの吸収と放出によってエネルギー準位間を移動する。吸収が起こると、電子は「励起状態」と呼ばれる高いエネルギー状態に移行し、2つのエネルギー準位の間のエネルギーギャップは吸収したエネルギー量に等しくなる。ここでも、励起状態にある電子は永遠にそこに留まるわけではない。そのため、2つの跳躍状態間のエネルギーギャップに見合ったエネルギーを放出することで、より低い励起状態または基底状態に下がる。これらのエネルギーパケットは、量子に吸収されると考えられています。

自然放射線

電子が高いエネルギー準位から低いエネルギー準位または基底状態にジャンプするときに発光が起こる方法である。通常、地上の方が励起状態よりも密度が高いため、吸収の方が発光よりも頻度が高い。そのため、より多くの電子がエネルギーを吸収して自己発熱する傾向がある。しかし、この励起過程の後、前述したように、どんなシステムでも高エネルギー不安定状態よりも低エネルギー安定状態になる傾向があるため、電子は永遠に励起状態に留まることはできないのである。そのため、励起された電子はエネルギーを放出し、地上に戻る傾向がある。自然放射では、この発光過程が外部の**/磁場がない状態で起こるため、「自然放射」と呼ばれる。システムをより安定した状態にするための措置に過ぎないのです。

自然放射が起こると、電子が2つのエネルギー状態の間をジャンプする際に、2つの状態の間のエネルギーギャップに見合ったエネルギーのパケットが波の形で放出される。つまり、自然放射は、1）励起状態にある電子がより低い励起状態または基底状態に落ちる、2）2つの遷移状態間のエネルギーギャップに見合うエネルギーを持ったエネルギー波が同時に放出される、という2つのステップに大別されるのです。このようにして、蛍光と熱エネルギーが放出される。

誘導放出

これは、電子が高いエネルギー準位から低いエネルギー準位または基底状態にジャンプする際に起こる発光の別の方法である。しかし、この発光は、その名の通り、外部の電磁場などの影響**を受けて発生する。電子があるエネルギー状態から別のエネルギー状態に移るとき、双極子場のある遷移状態を経由して移動する。そのため、外部電磁波の影響を受けると、電子が遷移状態に入る確率が高くなる。

これは、吸収と発光の両方に当てはまります。電磁波**（入射波など）が系を通過すると、基底面の電子が容易に振動してレプトン双極子状態になり、より高いエネルギー準位へのジャンプが起こるのです。同様に、入射波が系を通過すると、すでに励起状態で降下を待っている電子は、外部電磁波に反応して容易にレプトン双極子状態になり、余剰エネルギーを放出してより低い励起状態または基底状態に降下することができます。このとき、入射ビームは吸収されないので、電子が低いエネルギー準位に跳躍し、それぞれの状態間のギャップエネルギーに見合ったエネルギーパケットを放出することにより、新たに放出されたエネルギー量とともに系外に出てくることもあります。このように誘導放出は、1）入射波の進入 2）励起状態にある電子がより低い励起状態または基底状態に入る 3）入射ビームの透過に伴い、2つの遷移状態間のエネルギーギャップに見合うエネルギーを持ったエネルギー波が同時に放出されるという、大きく3段階に分けることができる。誘導放出（Stimulated Emission）の原理を利用して、光を増幅させる技術。

自然放射と誘導放射の違いは何ですか？

-自然放射はエネルギーを放出するために外部の電磁波**を必要としないが、誘導放出はエネルギーを放出するために外部の電磁波**を必要とする。

-自然放射では1波のエネルギーしか放出されないが、誘導放出では2波のエネルギーが放出される。

-外部からの電磁波**が双極子飛躍状態になる確率を高めるため、自然放射よりも高い確率で励起放射が起こる。