
【化】 population inversion
grain; granule
【醫】 grain; granula; granulatio; granulation; granulationes; granule; granum
【計】 subnumber
reversal; reverse; rollback
【計】 REV; reverse
【化】 inversion
粒子數反轉(英文:population inversion)是激光物理學中的核心概念,指在特定能級系統中高能态粒子數超過低能态粒子數的非熱力學平衡狀态。該現象違背了玻爾茲曼分布規律,是實現激光産生的必要條件。
從微觀機制分析,粒子需通過「泵浦」(pumping)過程吸收外部能量(如光能或電能)躍遷至高能态。當激發速率高于自發輻射速率時,系統達到粒子數反轉狀态。這種亞穩态的形成涉及三能級或四能級系統設計,例如紅寶石激光器采用三能級系統,而Nd:YAG激光器使用四能級系統。
粒子數反轉的數學表達式可表示為: $$ Delta N = N_2 - frac{g_2}{g_1}N_1 > 0 $$ 其中$g_1$、$g_2$分别代表兩個能級的簡并度。該公式量化了反轉程度與激光增益的直接關系(來源:《激光原理》,周炳琨著)。
參考來源:
粒子數反轉是激光産生的關鍵條件,指在特定物質中,處于高能級的粒子數超過低能級的狀态。以下為詳細解釋:
基本概念
正常情況下,物質粒子按熱力學平衡分布(玻爾茲曼分布),低能級粒子數遠多于高能級。而粒子數反轉通過外部能量激發(如光泵浦、電激發等),使高能級粒子數超過低能級,形成非平衡态。
實現條件
粒子數反轉是打破熱平衡、實現光放大的必要條件,需結合物質特性與外部激發共同實現。
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