2.1.3 原子发光的机理

当电子在某一个固定的允许轨道上运动时，并不发射光子。通常情况下，原子处于能量最低的基态。当外界向原子提供能量时，原子由于吸收了外界能量，原子内部的电子可以从低轨道跃迁到某一高轨道，即原子跃迁到某一激发态。常见的激发方式之一是原子吸收一个光子而得到能量hν。处于激发态的原子是不稳定的，经过或长或短的时间（典型的为10-8s），它会跃迁到能量较低的状态，而以光子或其他方式放出能量。不论向上或向下跃迁，原子所吸收或放出的能量都必须等于相应的能级差。若吸收或放出光子，必须有hν=En-E1，其中En表示原子的高能级，E1表示基态。

以图2-1为例，当电子从E1跃迁到E2时，它的能量增加了E2-E1，因此它必须吸收能量，若该能量是光子提供的，则相应的光子能量为hν21=E2-E1；如果电子从E3跳回到E1，它的能量减少了E3-E1，因此它辐射出的能量hν31=E3-E1，即辐射出能量为hν31的光子。

这种因发射或吸收光子而使原子造成能级间跃迁的现象称为辐射跃迁。除此之外，还有非辐射跃迁，非辐射跃迁表示原子在不同能级间跃迁时并不伴随光子的发射或吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量。比如，对气体激光器中放电的气体来说，非辐射跃迁是通过原子和其他原子或自由电子的碰撞、或原子与毛细管壁的碰撞来实现的。固体激光器中，非辐射跃迁的主要机制是激活离子与基质点阵的相互作用，结果使激活离子将自己的激发能量传给基质点阵，引起点阵的热振动，或者相反。总之，这时能量间的跃迁并不伴随光子的发射和吸收。