粒子数反转，什么是粒子数的反转分布

1，什么是粒子数的反转分布

因为上能级粒子数的消耗主要就是受激辐射，而腔内损耗大的时候，laser不工作，即受激辐射中断了，所以上能级粒子数能增加

什么是粒子数的反转分布

2，粒子数密度反转饱和本质上是怎么引起的

入射光越强，反转粒子数减少得越多，即反转粒子数饱和。当入射光达到饱和光强的时候，反转粒子数密度减小了一半，为小信号情况下的一半。具体过程见周炳坤《激光原理（第七版）》

你好！因题目不明确，无法作答。仅代表个人观点，不喜勿喷，谢谢。

粒子数密度反转饱和本质上是怎么引起的

3，激光器中实现粒子数反转的条件是

1，激光物质亚稳态时间够长；2，泵浦源功率够大；3，泵浦效率够高（激光物质在亚稳态时间内吸收的能量够大）。

泵浦的作用是实现粒子数反转，工作介质的受激辐射，从而产生激光。关于激励源，不同的激光器所采用的方式不同，固体激光器一般都是采用光激励的方式，比如比较老的灯泵、以及现在比较多的半导体激光泵浦，气体激光器现在大多都是气体放电激励，半导体激光器的话就是电流激励了。

激光器中实现粒子数反转的条件是

4，实现粒子数反转的条件

激活介质的粒子数反转是通过化学反应的热效应，把能量转变为粒子的振动能和转动能而实现的激光系统。产生化学激光必须具备的条件是：（1）在化学反应中一定要释放出能量。（2）化学反应所释放的能量要能转化为反应产物分子的热力学能，使其形成激发态粒子。（3）要求化学反应达到特定能级的反应速率快（即泵浦速率快），使生成的激发态粒子不致在发生激光之前由于自发辐射衰减或分子间碰撞传能而消耗掉，这样才能保证到达上、下能级粒子数的反转（即粒子能在高能级上发生积累）。（4 要求激发态粒子自发辐射的寿命极短，有足够的跃迁概率。

5，粒子数反转的粒子数反转基础原理

高能态粒子数大于低能态粒子数的非热平衡状态。在热平衡状态下，粒子数按能态的分布遵循玻耳兹曼分布律：N?/N? =g?/g?·exp[-(E2-E1)/kT]式中k为玻耳兹曼常数，N2、g2和N1、g1分别为高能态E2和低能态E1的粒子数和统计权重。由于E2>E1，T>0，故N1>N2 ，即高能态上的粒子总少于低能态上的粒子数。于是原子系统的受激吸收过程总占优势。原子系统单位时间内从辐射场所吸收的光子数总是多于受激发射产生的光子数。如果采用适当的激励，破坏热平衡状态，使高能态粒子数多于低能态粒子数，即Δ=N2-N1>0，就说实现了粒子数反转，Δ称反转粒子数。粒子数反转是相对于热平衡分布而言的。当体系处于粒子数反转状态时，受激辐射光子数多于被吸收的光子数，因此对光子数具有放大作用。一个激光器要实现激光运转，粒子数反转是必要条件之一。从Δ>0可知，体系处于粒子数反转状态时，体系的温度T<0，因而说体系处于负温度状态。这是形式上的一种说法。实际上，在热平衡状态下，T不能取负值。但是体系处于粒子数反转状态时，它并不处于热平衡状态。

6，什么是光抽运效应

对塞曼效应原子能级跃迁，MF通常的选择定则是ΔMF=0,±1,但如用具有角动量的偏振光与原子相互作用，根据角动量守恒原理，原子吸收光子能量的同时，也吸收了它的角动量。对左旋圆偏振σ+的光子与原子相互作用，因它具有一个角动量+h,原子吸收了它就增加了一个角动量+h值，则只有ΔMF=+1的跃迁。 Rb87的52S1/2—52P1/2态MF的最大值都是+2，当入射光为σ+时，由于只能产生ΔMF=+1的跃迁，所以基态52S1/2中MF＝+2子能级的粒子跃迁概率为0，而粒子从52P1/2返回52S1/2的过程，由于是自发跃迁，按选择定则ΔMF=0布居，从而使得MF=+2粒子数增加（见图 2）。这样经过若干循环后，基态MF＝+2子能级上粒子布居数大大增加，即MF≠+2的较低子能级上的大量粒子被“抽运”到MF＝+2上，造成粒子数反转，这就是光抽运效应（亦称光泵）。光抽运造成粒子非平衡分布，Rb原子对光的吸收减弱,直至饱和不吸收。同时，每一MF表示粒子在磁场中的一种取向，光抽运的结果使得所有原子由各个方向的均匀取向变成只有MF＝+2的取向，即样品获得净磁化，这叫做“偏极化”。外加恒磁场下的光抽运就是要造成偏极化。σ-光有同样作用，它将大量粒子抽运到MF＝-2子能级上。当为π光时，由于ΔMF=0，则无光抽运效应，此时Rb原子对光有强的吸收。

用圆偏振光激发原子，使原子的角动量发生变化，就可以使原子集中在基态的某一能级上，也就是改变原子在基态某一子能级的集居数

以铷原子钟里的铷泡为例。将rb87原子激发到激态上，就可以作成发射7946．6埃（相应rb87的第一个激态5p1／2→基态5s1／2跃迁）和7800埃（第二个激态5p3／2→5s1／2跃迁）两种波长光的灯，通过滤光泡滤光，得到所需要的谱线。在铷汽泡中，超精细磁能级（f＝2，mf＝0）和（f＝1，mf＝0）之间的粒子数分布反转靠光抽运作用获得。rb87灯发射的两条光线7800埃和7946．6埃经过滤光泡后，只有7800埃线通过滤光泡到达共振铷泡上，它激励铷泡中低超精细能态f＝1的原子到达激态5p1／2或5p3／2。5p1／2的原子由于自发辐射而等几率地回到高超精细能态f＝2和低超精细能态f＝1上。这一过程的净效应是把f＝1的原子抽运到f＝2能态上。经过几次循环，最后f＝1的原子全部抽运到f＝2能态上，而共振铷泡此时对抽运光成为透明的，完成了能态粒子数分布反转。铷泡位于谐振腔中，谐振腔调谐在超精细跃迁频率6835mhz上。受激辐射（f＝2，mf＝0）→（f＝1，mf＝0）可以通过外加同样频率的信号激励谐振腔而产生。激励谐振腔的微波信号由石英振荡器输出信号倍频得到，当微波激励信号频率准确等于原子跃迁频率时，产生最大感应跃迁，足够量的原子回到f＝1能态，又开始吸收射到铷泡上的光而被抽运到激态。所以感应辐射数愈大，在铷泡中吸收的光就愈多，到达光检测器的光量就愈小，光检测器输出电流就愈小。这种电流的变化是微波激励信号频率是否等于跃迁频率的指示，可用来进行频率控制。通过伺服控制机构，可把石英振荡器的频率维持在rb87原子跃迁线上，从而提高晶振频率稳定度，使微波频率完全同步于原子振荡。

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