O que é Absorção, emissão espontânea e emissão estimulada?

Considere átomos com dois níveis de energia $E_1 < E_2$, populações (densidades numéricas) $N_1$, $N_2$, e luz de frequência $\nu$ com $h\nu = E_2 - E_1$ e densidade espectral de energia $u(\nu)$ (energia por unidade de volume e por unidade de frequência). Três processos trocam energia:

• absorção: um átomo em $E_1$ absorve um fóton e sobe para $E_2$, à taxa $B_{12}\,u(\nu)\,N_1$ por unidade de volume e de tempo;
• emissão espontânea: um átomo em $E_2$ cai para $E_1$ por si só, emitindo um fóton numa direção aleatória e com fase aleatória, à taxa $A_{21}N_2$ — $1/A_{21} = \tau$ é o tempo de vida do nível;
• emissão estimulada: um fóton de frequência $\nu$ que passa por um átomo em $E_2$ o induz a cair, emitindo um segundo fóton idêntico ao primeiro (mesma frequência, direção, fase e polarização), à taxa $B_{21}\,u(\nu)\,N_2$.

$A_{21}$, $B_{12}$, $B_{21}$ são os coeficientes de Einstein da transição.