粒子数布居反转英文解释翻译、粒子数布居反转的近义词、反义词、例句

英语翻译：

【化】 population inversion

分词翻译：

粒的英语翻译：

grain; granule
【医】 grain; granula; granulatio; granulation; granulationes; granule; granum

子数的英语翻译：

【计】 subnumber

布居反转的英语翻译：

【化】 population inversion

专业解析

粒子数布居反转（英文：Population Inversion）是量子力学和激光物理学中的一个核心概念，指在特定条件下，处于高能级的粒子（原子、分子或离子）数量多于处于低能级的粒子数量的非平衡状态。这一状态是产生激光（受激辐射光放大）的必要前提。

详细解释

基础定义与原理：
- 在热力学平衡状态下，粒子倾向于占据能量最低的基态或低能级，遵循玻尔兹曼分布规律，即低能级的粒子数多于高能级的粒子数。
- 粒子数布居反转打破了这种平衡。它通过外部能量输入（称为“泵浦”，如光能、电能、化学能等），将大量粒子从低能级激发到高能级，使得在高能级（上能级）的粒子数量（N₂）超过在低能级（下能级）的粒子数量（N₁），即 N₂ > N₁。
- 这种反转状态是实现受激辐射占主导地位的关键。当处于高能级的粒子受到特定频率光子的刺激时，会跃迁回低能级并辐射出与入射光子完全相同（频率、相位、偏振、方向）的光子，从而实现光的放大。
物理载体与能级系统：
- 粒子数反转发生在特定的两个（或两组）能级之间。常见的激光工作物质（如红宝石中的Cr³⁺、氦氖混合气体、掺钕钇铝石榴石Nd:YAG中的Nd³⁺）具有适合实现反转的能级结构，通常涉及三能级或四能级系统。这些系统设计有助于更有效地积累高能级粒子并维持反转状态。
实现条件与意义：
- 实现粒子数布居反转需要两个关键条件：
  - 合适的能级结构：工作物质需具有亚稳态（寿命相对较长的高能级），以便粒子能在高能级积累。
  - 外部泵浦源：提供足够强的能量输入，快速地将粒子从基态抽运到高能级，克服粒子自发辐射回低能级的自然趋势。
- 其核心意义在于使受激辐射的几率大于吸收和自发辐射的几率，从而产生相干性强、方向性好、单色性高的激光输出。没有粒子数反转，就无法实现光的受激辐射放大，激光器就无法工作。

汉英词典角度释义

粒子数布居反转 (Lìzǐ shù bùjū fǎnzhuǎn)：指在激光物理中，通过外部能量激发，使处于高能级的粒子数量超过处于低能级的粒子数量的非平衡状态。这是产生激光的必要条件。
Population Inversion：A condition in physics, particularly in laser science, where more particles (atoms, molecules, ions) are in a higher energy state than in a lower one, achieved by external energy pumping. This non-equilibrium state is essential for the amplification of light by stimulated emission (laser action).

词典编纂说明

在汉英科技词典中，“粒子数布居反转”作为标准术语条目，其对应的英文术语为“Population Inversion”。该词条释义需强调其非平衡态特性、实现方式（泵浦）以及其在激光产生中的决定性作用，以准确反映其在专业领域的含义和应用场景。

来源参考：

American Physical Society Journals (如 Physical Review A/B, Reviews of Modern Physics) - 对量子跃迁、受激辐射及激光原理的基础研究。
Laser Fundamentals by William T. Silfvast (Cambridge University Press) - 经典激光物理教材，详细阐述粒子数反转机制与激光器工作原理。

网络扩展解释

粒子数布居反转（或称粒子数反转）是激光产生中的核心概念，指在特定条件下，高能级上的粒子数量超过低能级的状态。以下为详细解释：

1.基本定义

在正常热平衡状态下，粒子（如原子或分子）遵循玻尔兹曼分布，即低能级粒子数远多于高能级。而粒子数反转通过外界能量输入（如光、电或化学反应），使高能级粒子数反超低能级，形成非平衡态分布。

2.实现条件

激活介质：需存在亚稳态能级（粒子停留时间较长），例如红宝石中的铬离子（三能级系统）。
能量泵浦：通过光照射、放电或化学反应等方式向系统注入能量，将粒子激发到高能级。

3.物理意义

此状态使受激辐射占主导，光子通过谐振腔被多次放大，最终形成激光。若未达到反转，光吸收会抑制光放大。

4.应用场景

激光器：如红宝石激光器（光泵浦）、化学激光器（化学反应供能）。
激光武器：通过化学能直接实现高效粒子数反转。

5.与热平衡的对比

热平衡下无法自然产生反转，需外部干预打破平衡。例如，普通光源因自发辐射为主，光波非相干，而激光因受激辐射主导，具备高方向性和相干性。

粒子数布居反转是激光产生的必要条件，其本质是通过外部能量输入改变粒子能级分布，从而实现光放大效应。