布居數反轉

布居數反轉又稱粒子數反轉或布居倒轉、居量反轉，在一系統中發生原子能級的再分布，以致產生雷射。

居量反轉即在一個系統（例如一群原子或分子）中，處在激髮狀態的成員數量比起處於較低能級狀態的成員更多。讓標準雷射進入能夠運作的狀態的過程中，產生居量反轉是一個必要的步驟，因此在雷射科學中，居量反轉是很重要的研究主題之一。值得注意的是居量反轉不可能是熱平衡的穩態解，如二能級系統中，溫度極高或外場極大時的平衡態也只允許激發態與基態粒子數目相等。

基本介紹

• 中文名：布居數反轉
• 外文名：Population inversion
• 別稱：居量反轉

正常情況下，一組原子處於溫度平衡體系之中時，處於低能態的原子總是多於高能態的。但是能量的吸收與發射是一種連續過程，不同能態原子的統計分布（布居）保持不變。當抽運能量使這系統受到激勵時，分布受到擾動，會出現粒子數反轉：高能態的原子數（亦即布居數）比低能態的多。

在一個二級系統中，一個電子自低能級向高能級躍遷和自高能級向低能級躍遷的機率是一樣的。為了達到光放大的作用，在高能級必須有更多的電子，使得受激輻射發生的機率更高。這個狀態稱為居量反轉。出於這個原因，所以以光子激發的二級系統是無法實現雷射的，所以雷射一般是以通過三級系統和四級系統得到實現。在三級系統中，電子受激躍遷到高能級後，便很快轉為亞穩態。由此雷射媒介被激發為高能態，占據逆轉得到實現。在四能級系統中，由於基態最初沒有電子，粒子數反轉更易實現。