粒子數布居反轉英文解釋翻譯、粒子數布居反轉的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【化】 population inversion

分詞翻譯：

粒的英語翻譯：

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

子數的英語翻譯：

【計】 subnumber

布居反轉的英語翻譯：

【化】 population inversion

專業解析

粒子數布居反轉（英文：Population Inversion）是量子力學和激光物理學中的一個核心概念，指在特定條件下，處于高能級的粒子（原子、分子或離子）數量多于處于低能級的粒子數量的非平衡狀态。這一狀态是産生激光（受激輻射光放大）的必要前提。

詳細解釋

基礎定義與原理：
- 在熱力學平衡狀态下，粒子傾向于占據能量最低的基态或低能級，遵循玻爾茲曼分布規律，即低能級的粒子數多于高能級的粒子數。
- 粒子數布居反轉打破了這種平衡。它通過外部能量輸入（稱為“泵浦”，如光能、電能、化學能等），将大量粒子從低能級激發到高能級，使得在高能級（上能級）的粒子數量（N₂）超過在低能級（下能級）的粒子數量（N₁），即 N₂ > N₁。
- 這種反轉狀态是實現受激輻射占主導地位的關鍵。當處于高能級的粒子受到特定頻率光子的刺激時，會躍遷回低能級并輻射出與入射光子完全相同（頻率、相位、偏振、方向）的光子，從而實現光的放大。
物理載體與能級系統：
- 粒子數反轉發生在特定的兩個（或兩組）能級之間。常見的激光工作物質（如紅寶石中的Cr³⁺、氦氖混合氣體、摻钕钇鋁石榴石Nd:YAG中的Nd³⁺）具有適合實現反轉的能級結構，通常涉及三能級或四能級系統。這些系統設計有助于更有效地積累高能級粒子并維持反轉狀态。
實現條件與意義：
- 實現粒子數布居反轉需要兩個關鍵條件：
  - 合適的能級結構：工作物質需具有亞穩态（壽命相對較長的高能級），以便粒子能在高能級積累。
  - 外部泵浦源：提供足夠強的能量輸入，快速地将粒子從基态抽運到高能級，克服粒子自發輻射回低能級的自然趨勢。
- 其核心意義在于使受激輻射的幾率大于吸收和自發輻射的幾率，從而産生相幹性強、方向性好、單色性高的激光輸出。沒有粒子數反轉，就無法實現光的受激輻射放大，激光器就無法工作。

漢英詞典角度釋義

粒子數布居反轉 (Lìzǐ shù bùjū fǎnzhuǎn)：指在激光物理中，通過外部能量激發，使處于高能級的粒子數量超過處于低能級的粒子數量的非平衡狀态。這是産生激光的必要條件。
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).

詞典編纂說明

在漢英科技詞典中，“粒子數布居反轉”作為标準術語條目，其對應的英文術語為“Population Inversion”。該詞條釋義需強調其非平衡态特性、實現方式（泵浦）以及其在激光産生中的決定性作用，以準确反映其在專業領域的含義和應用場景。

來源參考：

American Physical Society Journals (如 Physical Review A/B, Reviews of Modern Physics) - 對量子躍遷、受激輻射及激光原理的基礎研究。
Laser Fundamentals by William T. Silfvast (Cambridge University Press) - 經典激光物理教材，詳細闡述粒子數反轉機制與激光器工作原理。

網絡擴展解釋

粒子數布居反轉（或稱粒子數反轉）是激光産生中的核心概念，指在特定條件下，高能級上的粒子數量超過低能級的狀态。以下為詳細解釋：

1.基本定義

在正常熱平衡狀态下，粒子（如原子或分子）遵循玻爾茲曼分布，即低能級粒子數遠多于高能級。而粒子數反轉通過外界能量輸入（如光、電或化學反應），使高能級粒子數反超低能級，形成非平衡态分布。

2.實現條件

激活介質：需存在亞穩态能級（粒子停留時間較長），例如紅寶石中的鉻離子（三能級系統）。
能量泵浦：通過光照射、放電或化學反應等方式向系統注入能量，将粒子激發到高能級。

3.物理意義

此狀态使受激輻射占主導，光子通過諧振腔被多次放大，最終形成激光。若未達到反轉，光吸收會抑制光放大。

4.應用場景

激光器：如紅寶石激光器（光泵浦）、化學激光器（化學反應供能）。
激光武器：通過化學能直接實現高效粒子數反轉。

5.與熱平衡的對比

熱平衡下無法自然産生反轉，需外部幹預打破平衡。例如，普通光源因自發輻射為主，光波非相幹，而激光因受激輻射主導，具備高方向性和相幹性。

粒子數布居反轉是激光産生的必要條件，其本質是通過外部能量輸入改變粒子能級分布，從而實現光放大效應。