Techniklexikon

Emission

Bezeichnung für den Ausstoß meist unerwünschter, belästigender oder schädigender Stoffe an den entsprechenden Quellen, aber auch von Geräuschen, Strahlung, Wärme, Erschütterungen u. ä. . Dort, wo Emissionen einwirken, spricht man von »Immissionen«. Einen wichtigen Anhalt für das Ausmaß einer Beeinträchtigung liefern die sog. Immissionswerte; I. grenzwerte müssen definitionsgemäß unterschritten werden, wenn unzumutbare Beeinträchtigungen oder gar Schädigungen vermieden werden sollen. In der Elektronik: Vorgang im Festkörper, bei dem durch Zufuhr von Energie Teilchen (meist Elektronen) oder Strahlung ausgesendet werden. Im engeren Sinn wird unter Strahlungs-E. die Aussendung von optischer Strahlung verstanden, d. h. von UV-, IR- und Lichtstrahlen. Die wichtigste Ursache für die E. von Lichtstrahlen bzw. Photonen im Halbleiter ist die Rekombination. Sie wird z. B. bei LED und Halbleiterlasern in Kombination mit einer Injektion bewußt für die Lumineszenz ausgenutzt. Die Wellenlänge der dabei ausgesandten Strahlung, die E. wellenlänge X, ist umgekehrt proportional zum Bandabstand Et und ergibt sich aus folgender Beziehung: X (in nm)x£^ (in eV) 1 238. Im Bändermodell entspricht dies dem Übergang eines Leitungselektrons vom Leitungsband ins Valenzband durch Einfangen eines Elektrons von einem Defektelektron, wobei ein Photon erzeugt wird. Für eine Elektronen-E. ist erforderlich, daß der zugeführte Energiebetrag größer ist als diejenige Arbeit, die zum Herauslösen der Elektronen aus dem Kristallverband des Festkörpers erforderlich ist (Austrittsarbeit). Von Bedeutung sind hierbei insbesondere die E. durch Zufuhr von thermischer Energie (Glüh-E.) und durch ein starkes elektrisches Feld (Feld-E.). Atom- und MolekülphysikOptik, Aussendung von Wellen- oder Teilchenstrahlung durch Atome, Moleküle, Ionen, Flüssigkeiten oder Festkörper. Beispiele sind die Lichtemission von angeregten Atomen oder Molekülen, die Emission von Elektronen aus Festkörperoberflächen (Elektronenquellen) oder die Aussendung von a-, b- oder g-Strahlung durch radioaktive Kerne. Bei der Emission elektromagnetischer Strahlung durch Atome oder Moleküle beim Übergang von einem energetisch höheren zu einem tieferen Zustand ist die Frequenz n der Welle proportional der Energiedifferenz E der beteiligten Energieniveaus (DE = hn, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum ist). Ohne äussere Einflüsse erfolgt die Relaxation eines angeregten Atoms oder Moleküls »zufällig« nach statistischen Kriterien, man spricht dann von spontaner Emission (Abb.). Für die Zahl n₂ der Teilchen, die auf diese Weise pro Zeiteinheit vom angeregten Zustand 2 in den Grundzustand 1 übergehen und damit die Zahl der spontan emittierten Photonen, gilt

,

wobei A₂₁ den Einstein-Koeffizienten der spontanen Emission bezeichnet.

Befindet sich ein Teilchen im Zustand 2 im Strahlungsfeld einer elektromagnetischen Welle der Frequenz n₂₁, so kann diese Welle die Relaxation in den Zustand 1 unter Emission eines weiteren Lichtquants der Frequenz n₂₁ bewirken. Dies nennt man induzierte Emission. Das emittierte Photon entspricht in Frequenz, Phasenlage, Polarisation und Ausbreitungsrichtung dem induzierenden Photon. Für die Änderung der Teilchenzahlen im angeregten Zustand 2 gilt entsprechend bei induzierter Emission

,

wobei B₂₁ der Einstein-Koeffizient für induzierte Emission und u_n die spektrale Energiedichte ist. Zusätzlich geht hier die normierte Funktion f(n) für die natürliche Linienbreite ein.

Emission: Emission und Absorption von Photonen. Die waagerechten Linien stellen die beteiligten Energieniveaus der Elektronen (Kreise) dar.