¿Qué es Absorción, emisión espontánea y emisión estimulada?

Considérense átomos con dos niveles de energía $E_1 < E_2$, poblaciones (densidades de número) $N_1$, $N_2$, y luz de frecuencia $\nu$ con $h\nu = E_2 - E_1$ y densidad espectral de energía $u(\nu)$ (energía por unidad de volumen y por unidad de frecuencia). Tres procesos intercambian energía:

• absorción: un átomo en $E_1$ absorbe un fotón y sube a $E_2$, con el ritmo $B_{12}\,u(\nu)\,N_1$ por unidad de volumen y tiempo;
• emisión espontánea: un átomo en $E_2$ cae a $E_1$ por sí solo, emitiendo un fotón en una dirección al azar y con una fase al azar, con el ritmo $A_{21}N_2$ — $1/A_{21} = \tau$ es la vida media del nivel;
• emisión estimulada: un fotón de frecuencia $\nu$ que pasa junto a un átomo en $E_2$ lo induce a caer, emitiendo un segundo fotón idéntico al primero (misma frecuencia, dirección, fase y polarización), con el ritmo $B_{21}\,u(\nu)\,N_2$.

$A_{21}$, $B_{12}$, $B_{21}$ son los coeficientes de Einstein de la transición.