处于高能级的粒子.doc

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1、处于高能级的粒子(原子、分子等)布居数大于低能级的粒子布居数的现象要使得受激辐射的光子数大于受激吸收的光子数必须满足条件N2>N1,这种状态称为粒子数反转.一般来说,物质处于热平衡时N2>N1是不可能的,只有外界向物质提供能量(激励或称泵浦),从而使物质处于非热平衡时状态,粒子数反转才能实现N粒子数光在外来光子直接作用下由高能级向低能级跃迁时将多余的能量以光子形式释放出来（受激辐射），被释放的光子则与外来的入射光子在频率、位相、传播方向等方面完全一致，这就意味着外来光得到了加强，我们称之为光放大。显然，如果通过受激吸收，使处于高能级的粒子数比处于低能级的

2、越多（粒子数反转），这种光的放大现象就越明显，这时就有可能形成激光了。　任何一种光源的发光都与其物质内部粒子的运动状态有关。当处于低能级上的粒子（原子、分子或离子）吸收了适当频率外来能量（光）被激发而跃迁到相应的高能级上（受激吸收）后，总是力图跃迁到较低的能级去，同时将多余的能量以光子形式释放出来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。实现粒子数反转的条件　　通常实现粒子数反转要依靠两个以上的能级：低能级的粒子通过比高能

3、级还要高一些的泵浦能级抽运到高能级。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发激光材料，称为电激励；也可用脉冲光源来照射光学谐振腔内的介质原子，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激发方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了使激光持续输出，必须不断地“泵浦”以补充高能级的粒子向下跃迁的消耗量。例如，氦氖激光器中，通过氦原子的协助，使氖原子中的两个能级实现粒子数反转而获得吸收和放出的热量相等叫热平衡