1、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)第1頁，共11頁，2022年，5月20日，8點40分，星期二8.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (Population inversion)1. 什么叫粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (what is the population inversion )第八章 現(xiàn)代光學(xué) ( Modern Optics)單位時間單位體積內(nèi)原子體系吸收的光能量：受激輻射產(chǎn)生的光能量：凈生光能量可表示為：第2頁，共11頁，2022年，5月20日，8點40分，星期二8.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (Population inversion)1. 什么叫粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (what is the population inversion )第八章 現(xiàn)代光學(xué) (

2、Modern Optics)設(shè) 為光強, , (c為光速) 有 令 解得：第3頁，共11頁，2022年，5月20日，8點40分，星期二8.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (Population inversion)1. 什么叫粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (what is the population inversion )第八章 現(xiàn)代光學(xué) ( Modern Optics)n2 n1,時, , 光強將按指數(shù)增強。n2 n1 ？ 基態(tài)E1的原子激發(fā)到激發(fā)態(tài)E2，第5頁，共11頁，2022年，5月20日，8點40分，星期二8.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (Population inversion)2. 二能級系統(tǒng) (Two-level ene

3、rgy system)第八章 現(xiàn)代光學(xué) ( Modern Optics)圖中A21為E2 向E1的自發(fā)輻射系數(shù)，即自發(fā)輻射速率，有 達到穩(wěn)定時， 。故 n2 / n1 = w / （A21+w） n2 總是小于n1，所以，二能級系統(tǒng)物質(zhì)不能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 第6頁，共11頁，2022年，5月20日，8點40分，星期二8.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (Population inversion)3. 三能級系統(tǒng) ( Three-level energy system )第八章 現(xiàn)代光學(xué) ( Modern Optics)第7頁，共11頁，2022年，5月20日，8點40分，星期二8.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (Popul

4、ation inversion)3. 三能級系統(tǒng) ( Three-level energy system )第八章 現(xiàn)代光學(xué) ( Modern Optics)能級E3 和E2上的粒子數(shù)變化率方程為： 第8頁，共11頁，2022年，5月20日，8點40分，星期二8.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (Population inversion)3. 三能級系統(tǒng) ( Three-level energy system )第八章 現(xiàn)代光學(xué) ( Modern Optics)達到穩(wěn)定時，上二式等于0，有 n3 = (wn1 + w23n2 )/(A31+A32)在A32A31，ww12時，有 n2 /n1 = w / A2

5、1外界抽運速度足夠大時，有可能使w A21，轉(zhuǎn)。 從而使n2 n1，使E2和E1二能級間的粒子數(shù)反 第9頁，共11頁，2022年，5月20日，8點40分，星期二8.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (Population inversion)3. 三能級系統(tǒng) ( Three-level energy system )第八章 現(xiàn)代光學(xué) ( Modern Optics)在三能級系統(tǒng)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時，上能級是亞穩(wěn)態(tài)能級E2，下能級是基態(tài)能級E1。由于基態(tài)能級上總是聚集著大量的粒子，因此，要實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，外界抽運要相當(dāng)強。這是三能級系統(tǒng)的缺點。 第10頁，共11頁，2022年，5月20日，8點40分，星期二8.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (Population inversion)4. 四能級系統(tǒng) ( Four-level energy system )第八章 現(xiàn)代光學(xué) ( Modern Optics