[科普中國]-居量反轉(zhuǎn)

居量反轉(zhuǎn)（英語：Population inversion），又譯為群數(shù)反轉(zhuǎn)、密數(shù)反轉(zhuǎn)、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)分布，為一個(gè)物理學(xué)名詞，在統(tǒng)計(jì)力學(xué)中經(jīng)常被使用。居量反轉(zhuǎn)即在一個(gè)系統(tǒng)（例如一群原子或分子）中，處在激發(fā)狀態(tài)的成員數(shù)量比起處于較低能級狀態(tài)的成員更多。讓標(biāo)準(zhǔn)激光進(jìn)入能夠運(yùn)作的狀態(tài)的過程中，產(chǎn)生居量反轉(zhuǎn)是一個(gè)必要的步驟，因此在激光科學(xué)中，居量反轉(zhuǎn)是很重要的研究主題之一。值得注意的是居量反轉(zhuǎn)不可能是熱平衡的穩(wěn)態(tài)解，如二能級系統(tǒng)中，溫度極高或外場極大時(shí)的平衡態(tài)也只允許激發(fā)態(tài)與基態(tài)粒子數(shù)目相等。

簡介居量反轉(zhuǎn)（英語：Population inversion），又譯為群數(shù)反轉(zhuǎn)、密數(shù)反轉(zhuǎn)、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)分布，為一個(gè)物理學(xué)名詞，在統(tǒng)計(jì)力學(xué)中經(jīng)常被使用。居量反轉(zhuǎn)即在一個(gè)系統(tǒng)（例如一群原子或分子）中，處在激發(fā)狀態(tài)的成員數(shù)量比起處于較低能級狀態(tài)的成員更多。讓標(biāo)準(zhǔn)激光進(jìn)入能夠運(yùn)作的狀態(tài)的過程中，產(chǎn)生居量反轉(zhuǎn)是一個(gè)必要的步驟，因此在激光科學(xué)中，居量反轉(zhuǎn)是很重要的研究主題之一。值得注意的是居量反轉(zhuǎn)不可能是熱平衡的穩(wěn)態(tài)解，如二能級系統(tǒng)中，溫度極高或外場極大時(shí)的平衡態(tài)也只允許激發(fā)態(tài)與基態(tài)粒子數(shù)目相等。1

形成激光在一個(gè)二級系統(tǒng)中，一個(gè)電子自低能級向高能級躍遷和自高能級向低能級躍遷的概率是一樣的。為了達(dá)到光放大的作用，在高能級必須有更多的電子，使得受激輻射發(fā)生的概率更高。這個(gè)狀態(tài)稱為居量反轉(zhuǎn)。出于這個(gè)原因，所以以光子激發(fā)的二級系統(tǒng)是無法實(shí)現(xiàn)激光的，所以激光一般是以通過三級系統(tǒng)和四級系統(tǒng)得到實(shí)現(xiàn)。在三級系統(tǒng)中，電子受激躍遷到高能級后，便很快轉(zhuǎn)為亞穩(wěn)態(tài)。由此激光媒介被激發(fā)為高能態(tài)，占據(jù)逆轉(zhuǎn)得到實(shí)現(xiàn)。在四能級系統(tǒng)中，由于基態(tài)最初沒有電子，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)更易實(shí)現(xiàn)。2

激光科學(xué)雷射科學(xué)（英語：Laser science），一譯激光科學(xué)，又稱激光物理學(xué)（laser physics），是光學(xué)的分支，以研究激光的理論與實(shí)作方式為主。

激光科學(xué)包括量子電子學(xué)、激光產(chǎn)生、光諧振腔設(shè)計(jì)、主動(dòng)激光介質(zhì)中產(chǎn)生居量反轉(zhuǎn)的方式、以及在激光中光場的時(shí)空演化等。激光科學(xué)也和激光光束傳播的物理學(xué)有關(guān)，特別是高斯光束的物理學(xué)、激光應(yīng)用等，有時(shí)也會(huì)用到非線性光學(xué)及量子光學(xué)中的概念。3

相關(guān)條目激光縮寫

激光種類列表

斜率效率

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所