Qu'est-ce que « Absorption, émission spontanée et stimulée » ?

Considérons des atomes à deux niveaux d’énergie $E_1 < E_2$, de populations (densités en nombre) $N_1$, $N_2$, et de la lumière de fréquence $\nu$ avec $h\nu = E_2 - E_1$ et densité spectrale d’énergie $u(\nu)$ (énergie par unité de volume et par unité de fréquence). Trois processus échangent de l’énergie :

• l’absorption : un atome dans $E_1$ absorbe un photon et monte en $E_2$, au taux $B_{12}\,u(\nu)\,N_1$ par unité de volume et de temps ;
• l’émission spontanée : un atome dans $E_2$ retombe en $E_1$ de lui-même, en émettant un photon dans une direction aléatoire avec une phase aléatoire, au taux $A_{21}N_2$ — $1/A_{21} = \tau$ est la durée de vie du niveau ;
• l’émission stimulée : un photon de fréquence $\nu$ passant près d’un atome dans $E_2$ l’incite à retomber, en émettant un second photon identique au premier (même fréquence, même direction, même phase et même polarisation), au taux $B_{21}\,u(\nu)\,N_2$.

$A_{21}$, $B_{12}$, $B_{21}$ sont les coefficients d’Einstein de la transition.