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粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，什么是粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布

來源：整理時(shí)間：2024-11-09 21:47:11 編輯：智能門戶手機(jī)版

1，什么是粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布

因?yàn)樯夏芗壛Ｗ訑?shù)的消耗主要就是受激輻射，而腔內(nèi)損耗大的時(shí)候，laser不工作，即受激輻射中斷了，所以上能級粒子數(shù)能增加

什么是粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布

2，粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)飽和本質(zhì)上是怎么引起的

入射光越強(qiáng)，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)減少得越多，即反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和。當(dāng)入射光達(dá)到飽和光強(qiáng)的時(shí)候，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度減小了一半，為小信號情況下的一半。具體過程見周炳坤《激光原理（第七版）》

你好！因題目不明確，無法作答。僅代表個(gè)人觀點(diǎn)，不喜勿噴，謝謝。

粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)飽和本質(zhì)上是怎么引起的

3，激光器中實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件是

1，激光物質(zhì)亞穩(wěn)態(tài)時(shí)間夠長；2，泵浦源功率夠大；3，泵浦效率夠高（激光物質(zhì)在亞穩(wěn)態(tài)時(shí)間內(nèi)吸收的能量夠大）。

泵浦的作用是實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，工作介質(zhì)的受激輻射，從而產(chǎn)生激光。關(guān)于激勵(lì)源，不同的激光器所采用的方式不同，固體激光器一般都是采用光激勵(lì)的方式，比如比較老的燈泵、以及現(xiàn)在比較多的半導(dǎo)體激光泵浦，氣體激光器現(xiàn)在大多都是氣體放電激勵(lì)，半導(dǎo)體激光器的話就是電流激勵(lì)了。

激光器中實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件是

4，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件

激活介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是通過化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，把能量轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ｗ拥恼駝?dòng)能和轉(zhuǎn)動(dòng)能而實(shí)現(xiàn)的激光系統(tǒng)。產(chǎn)生化學(xué)激光必須具備的條件是：（1）在化學(xué)反應(yīng)中一定要釋放出能量。（2）化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量要能轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物分子的熱力學(xué)能，使其形成激發(fā)態(tài)粒子。（3）要求化學(xué)反應(yīng)達(dá)到特定能級的反應(yīng)速率快（即泵浦速率快），使生成的激發(fā)態(tài)粒子不致在發(fā)生激光之前由于自發(fā)輻射衰減或分子間碰撞傳能而消耗掉，這樣才能保證到達(dá)上、下能級粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)（即粒子能在高能級上發(fā)生積累）。（4 要求激發(fā)態(tài)粒子自發(fā)輻射的壽命極短，有足夠的躍遷概率。

5，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)基礎(chǔ)原理

高能態(tài)粒子數(shù)大于低能態(tài)粒子數(shù)的非熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)下，粒子數(shù)按能態(tài)的分布遵循玻耳茲曼分布律：N?/N? =g?/g?·exp[-(E2-E1)/kT]式中k為玻耳茲曼常數(shù)，N2、g2和N1、g1分別為高能態(tài)E2和低能態(tài)E1的粒子數(shù)和統(tǒng)計(jì)權(quán)重。由于E2>E1，T>0，故N1>N2 ，即高能態(tài)上的粒子總少于低能態(tài)上的粒子數(shù)。于是原子系統(tǒng)的受激吸收過程總占優(yōu)勢。原子系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)從輻射場所吸收的光子數(shù)總是多于受激發(fā)射產(chǎn)生的光子數(shù)。如果采用適當(dāng)?shù)募?lì)，破壞熱平衡狀態(tài)，使高能態(tài)粒子數(shù)多于低能態(tài)粒子數(shù)，即Δ=N2-N1>0，就說實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，Δ稱反轉(zhuǎn)粒子數(shù)。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是相對于熱平衡分布而言的。當(dāng)體系處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，受激輻射光子數(shù)多于被吸收的光子數(shù)，因此對光子數(shù)具有放大作用。一個(gè)激光器要實(shí)現(xiàn)激光運(yùn)轉(zhuǎn)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是必要條件之一。從Δ>0可知，體系處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，體系的溫度T<0，因而說體系處于負(fù)溫度狀態(tài)。這是形式上的一種說法。實(shí)際上，在熱平衡狀態(tài)下，T不能取負(fù)值。但是體系處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，它并不處于熱平衡狀態(tài)。

6，什么是光抽運(yùn)效應(yīng)

對塞曼效應(yīng)原子能級躍遷，MF通常的選擇定則是ΔMF=0,±1,但如用具有角動(dòng)量的偏振光與原子相互作用，根據(jù)角動(dòng)量守恒原理，原子吸收光子能量的同時(shí)，也吸收了它的角動(dòng)量。對左旋圓偏振σ+的光子與原子相互作用，因它具有一個(gè)角動(dòng)量+h,原子吸收了它就增加了一個(gè)角動(dòng)量+h值，則只有ΔMF=+1的躍遷。 Rb87的52S1/2—52P1/2態(tài)MF的最大值都是+2，當(dāng)入射光為σ+時(shí)，由于只能產(chǎn)生ΔMF=+1的躍遷，所以基態(tài)52S1/2中MF＝+2子能級的粒子躍遷概率為0，而粒子從52P1/2返回52S1/2的過程，由于是自發(fā)躍遷，按選擇定則ΔMF=0布居，從而使得MF=+2粒子數(shù)增加（見圖 2）。這樣經(jīng)過若干循環(huán)后，基態(tài)MF＝+2子能級上粒子布居數(shù)大大增加，即MF≠+2的較低子能級上的大量粒子被“抽運(yùn)”到MF＝+2上，造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這就是光抽運(yùn)效應(yīng)（亦稱光泵）。光抽運(yùn)造成粒子非平衡分布，Rb原子對光的吸收減弱,直至飽和不吸收。同時(shí)，每一MF表示粒子在磁場中的一種取向，光抽運(yùn)的結(jié)果使得所有原子由各個(gè)方向的均勻取向變成只有MF＝+2的取向，即樣品獲得凈磁化，這叫做“偏極化”。外加恒磁場下的光抽運(yùn)就是要造成偏極化。σ-光有同樣作用，它將大量粒子抽運(yùn)到MF＝-2子能級上。當(dāng)為π光時(shí)，由于ΔMF=0，則無光抽運(yùn)效應(yīng)，此時(shí)Rb原子對光有強(qiáng)的吸收。

用圓偏振光激發(fā)原子，使原子的角動(dòng)量發(fā)生變化，就可以使原子集中在基態(tài)的某一能級上，也就是改變原子在基態(tài)某一子能級的集居數(shù)

以銣原子鐘里的銣泡為例。將rb87原子激發(fā)到激態(tài)上，就可以作成發(fā)射7946．6埃（相應(yīng)rb87的第一個(gè)激態(tài)5p1／2→基態(tài)5s1／2躍遷）和7800埃（第二個(gè)激態(tài)5p3／2→5s1／2躍遷）兩種波長光的燈，通過濾光泡濾光，得到所需要的譜線。在銣汽泡中，超精細(xì)磁能級（f＝2，mf＝0）和（f＝1，mf＝0）之間的粒子數(shù)分布反轉(zhuǎn)靠光抽運(yùn)作用獲得。rb87燈發(fā)射的兩條光線7800埃和7946．6埃經(jīng)過濾光泡后，只有7800埃線通過濾光泡到達(dá)共振銣泡上，它激勵(lì)銣泡中低超精細(xì)能態(tài)f＝1的原子到達(dá)激態(tài)5p1／2或5p3／2。5p1／2的原子由于自發(fā)輻射而等幾率地回到高超精細(xì)能態(tài)f＝2和低超精細(xì)能態(tài)f＝1上。這一過程的凈效應(yīng)是把f＝1的原子抽運(yùn)到f＝2能態(tài)上。經(jīng)過幾次循環(huán)，最后f＝1的原子全部抽運(yùn)到f＝2能態(tài)上，而共振銣泡此時(shí)對抽運(yùn)光成為透明的，完成了能態(tài)粒子數(shù)分布反轉(zhuǎn)。銣泡位于諧振腔中，諧振腔調(diào)諧在超精細(xì)躍遷頻率6835mhz上。受激輻射（f＝2，mf＝0）→（f＝1，mf＝0）可以通過外加同樣頻率的信號激勵(lì)諧振腔而產(chǎn)生。激勵(lì)諧振腔的微波信號由石英振蕩器輸出信號倍頻得到，當(dāng)微波激勵(lì)信號頻率準(zhǔn)確等于原子躍遷頻率時(shí)，產(chǎn)生最大感應(yīng)躍遷，足夠量的原子回到f＝1能態(tài)，又開始吸收射到銣泡上的光而被抽運(yùn)到激態(tài)。所以感應(yīng)輻射數(shù)愈大，在銣泡中吸收的光就愈多，到達(dá)光檢測器的光量就愈小，光檢測器輸出電流就愈小。這種電流的變化是微波激勵(lì)信號頻率是否等于躍遷頻率的指示，可用來進(jìn)行頻率控制。通過伺服控制機(jī)構(gòu)，可把石英振蕩器的頻率維持在rb87原子躍遷線上，從而提高晶振頻率穩(wěn)定度，使微波頻率完全同步于原子振蕩。

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