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1、粒子数反转本讲稿第一页,共十一页8.3 粒子数反转 (Population inversion)1.什么叫粒子数反转 (what is the population inversion)第八章 现代光学 (Modern Optics)单位时间单位体积内原子体系吸收的光能量:受激辐射产生的光能量:净生光能量可表示为:本讲稿第二页,共十一页8.3 粒子数反转 (Population inversion)1.什么叫粒子数反转 (what is the population inversion)第八章 现代光学 (Modern Optics)设 为光强,(c为光速)有 令 解得:本讲稿第三页,共十一页
2、8.3 粒子数反转 (Population inversion)1.什么叫粒子数反转 (what is the population inversion)第八章 现代光学 (Modern Optics)n2 n1,时,光强将按指数增强。n2 n1?基态E1的原子激发到激发态E2,本讲稿第五页,共十一页8.3 粒子数反转 (Population inversion)2.二能级系统 (Two-level energy system)第八章 现代光学 (Modern Optics)图中A21为E2 向E1的自发辐射系数,即自发辐射速率,有 达到稳定时,。故 n2/n1=w/(A21+w)n2 总是小
3、于n1,所以,二能级系统物质不能实现粒子数反转。本讲稿第六页,共十一页8.3 粒子数反转 (Population inversion)3.三能级系统 (Three-level energy system)第八章 现代光学 (Modern Optics)本讲稿第七页,共十一页8.3 粒子数反转 (Population inversion)3.三能级系统 (Three-level energy system)第八章 现代光学 (Modern Optics)能级E3 和E2上的粒子数变化率方程为:本讲稿第八页,共十一页8.3 粒子数反转 (Population inversion)3.三能级系统 (
4、Three-level energy system)第八章 现代光学 (Modern Optics)达到稳定时,上二式等于0,有 n3=(wn1+w23n2)/(A31+A32)在A32A31,ww12时,有 n2/n1=w/A21外界抽运速度足够大时,有可能使w A21,转。从而使n2 n1,使E2和E1二能级间的粒子数反 本讲稿第九页,共十一页8.3 粒子数反转 (Population inversion)3.三能级系统 (Three-level energy system)第八章 现代光学 (Modern Optics)在三能级系统实现粒子数反转时,上能级是亚稳态能级E2,下能级是基态能级E1。由于基态能级上总是聚集着大量的粒子,因此,要实现粒子数反转,外界抽运要相当强。这是三能级系统的缺点。本讲稿第十页,共十一页8.3 粒子数反转 (Population inversion)4.四能级系统 (Four-level energy system)第八章 现代光学 (Modern Optics)易实现粒子数反转。在能级E3和E2之间,能实现粒子数反转。E2不是基态,四能级系统比三能级系统更容本讲稿第十一页,共十一页