2.1.3 原子發光的機理

當電子在某一個固定的允許軌道上運動時，并不發射光子。通常情況下，原子處于能量最低的基態。當外界向原子提供能量時，原子由于吸收了外界能量，原子內部的電子可以從低軌道躍遷到某一高軌道，即原子躍遷到某一激發態。常見的激發方式之一是原子吸收一個光子而得到能量hν。處于激發態的原子是不穩定的，經過或長或短的時間（典型的為10-8s），它會躍遷到能量較低的狀態，而以光子或其他方式放出能量。不論向上或向下躍遷，原子所吸收或放出的能量都必須等于相應的能級差。若吸收或放出光子，必須有hν=En-E1，其中En表示原子的高能級，E1表示基態。

以圖2-1為例，當電子從E1躍遷到E2時，它的能量增加了E2-E1，因此它必須吸收能量，若該能量是光子提供的，則相應的光子能量為hν21=E2-E1；如果電子從E3跳回到E1，它的能量減少了E3-E1，因此它輻射出的能量hν31=E3-E1，即輻射出能量為hν31的光子。

這種因發射或吸收光子而使原子造成能級間躍遷的現象稱為輻射躍遷。除此之外，還有非輻射躍遷，非輻射躍遷表示原子在不同能級間躍遷時并不伴隨光子的發射或吸收，而是把多余的能量傳給了別的原子或吸收別的原子傳給它的能量。比如，對氣體激光器中放電的氣體來說，非輻射躍遷是通過原子和其他原子或自由電子的碰撞、或原子與毛細管壁的碰撞來實現的。固體激光器中，非輻射躍遷的主要機制是激活離子與基質點陣的相互作用，結果使激活離子將自己的激發能量傳給基質點陣，引起點陣的熱振動，或者相反。總之，這時能量間的躍遷并不伴隨光子的發射和吸收。