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* 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) 子, 称为光放大。 体积Sdz中进去时一个光子, 出来时多个光 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： 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： 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时, , 光强将按指数衰减。 通常情况下，n2总是小于n1， 总是负的， 吸收大于受激辐射。 在特殊情况下，n2大于n1， 为正的，称为 粒子数反转。这时受激辐射大于吸收。 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) 不断抽运使处于 B12 = B21 = B　， w12 = w21 = w 能否造成n2 n1 ？ 基态E1的原子激 发到激发态E2， 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 总是小于n1，所以，二能级系统物质不 能实现粒子数反转。 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) 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： 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) 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 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。 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