
【化】 population inversion
grain; granule
【医】 grain; granula; granulatio; granulation; granulationes; granule; granum
【计】 subnumber
reversal; reverse; rollback
【计】 REV; reverse
【化】 inversion
粒子数反转(英文:population inversion)是激光物理学中的核心概念,指在特定能级系统中高能态粒子数超过低能态粒子数的非热力学平衡状态。该现象违背了玻尔兹曼分布规律,是实现激光产生的必要条件。
从微观机制分析,粒子需通过「泵浦」(pumping)过程吸收外部能量(如光能或电能)跃迁至高能态。当激发速率高于自发辐射速率时,系统达到粒子数反转状态。这种亚稳态的形成涉及三能级或四能级系统设计,例如红宝石激光器采用三能级系统,而Nd:YAG激光器使用四能级系统。
粒子数反转的数学表达式可表示为: $$ Delta N = N_2 - frac{g_2}{g_1}N_1 > 0 $$ 其中$g_1$、$g_2$分别代表两个能级的简并度。该公式量化了反转程度与激光增益的直接关系(来源:《激光原理》,周炳琨著)。
参考来源:
粒子数反转是激光产生的关键条件,指在特定物质中,处于高能级的粒子数超过低能级的状态。以下为详细解释:
基本概念
正常情况下,物质粒子按热力学平衡分布(玻尔兹曼分布),低能级粒子数远多于高能级。而粒子数反转通过外部能量激发(如光泵浦、电激发等),使高能级粒子数超过低能级,形成非平衡态。
实现条件
粒子数反转是打破热平衡、实现光放大的必要条件,需结合物质特性与外部激发共同实现。
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