Wat is Absorptie, spontane en gestimuleerde emissie?

Beschouw atomen met twee energieniveaus $E_1 < E_2$, bevolkingen (aantal per volume) $N_1$, $N_2$, en licht met frequentie $\nu$ waarvoor $h\nu = E_2 - E_1$, met spectrale energiedichtheid $u(\nu)$ (energie per volume-eenheid en per frequentie-eenheid). Drie processen wisselen energie uit:

• absorptie: een atoom in $E_1$ neemt een foton op en stijgt naar $E_2$, met de snelheid $B_{12}\,u(\nu)\,N_1$ per volume-eenheid en per tijdseenheid;
• spontane emissie: een atoom in $E_2$ valt uit zichzelf naar $E_1$ terug en zendt daarbij een foton in een willekeurige richting met een willekeurige fase uit, met de snelheid $A_{21}N_2$ — $1/A_{21} = \tau$ is de levensduur van het niveau;
• gestimuleerde emissie: een foton met frequentie $\nu$ dat een atoom in $E_2$ passeert, brengt het tot vallen, waarbij een tweede foton wordt uitgezonden dat gelijk is aan het eerste (dezelfde frequentie, richting, fase en polarisatie), met de snelheid $B_{21}\,u(\nu)\,N_2$.

$A_{21}$, $B_{12}$, $B_{21}$ zijn de coëfficiënten van Einstein van de overgang.