实现粒子数反转的条件有哪些呢？活性介质中粒子数反演是通过化学反应的热效应将能量转化为粒子振动能和旋转能的激光系统。产生化学激光的必要条件是：（1）化学反应必须释放能量。（2）化学反应释放的能量应转化为产物分子的热力学能，形成激发态粒子。（3）为了保证达到上、下能级的粒子数的倒数（即粒子能在高能级聚集），要求化学反应达到比能级的反应速率要快（即泵速要快），使产生的激发态粒子在激光发生前不会因自发辐射的衰减或分子间碰撞的能量转移而被消耗。（4）激发粒子的自发辐射寿命很短，有足够的跃迁几率。
一般来说，粒子数反转的实现依赖于两个以上的能级：低能级粒子被高于高能级的泵浦能级抽到高能级。一般来说，我们可以用气体放电来激发具有动能的电子来激发激光材料，这称为电激发；也可以用脉冲光源照射光谐振腔内的介质原子，这称为光激发；还有热激发、化学激发等。各种励磁模式可视为泵或泵。为了使激光连续输出，需要连续泵浦以补充高能粒子向下跃迁的消耗。
粒子数反转的粒子数反转基础原理？高能态粒子数大于低能态粒子数的非热平衡态。在热平衡状态下，粒子数随能态的分布遵循玻耳兹曼分布规律：nΨ/n₁=gΨ/g₁·exp[-（e2-e1）/KT]，其中k是玻耳兹曼常数，N2、G2和N1、G1是高能态e2和低能态的粒子数和统计权重分别为E1。由于E2>e1、T>0、N1>n2，即高能态的粒子数少于低能态的粒子数。因此，原子体系的受激吸收过程始终占主导地位。从辐射场吸收的光子数总是大于受激发射产生的光子数。如果用适当的激发破坏热平衡态，使高能粒子数大于低能粒子数，即Δ=n2-n1>0，则实现粒子数的反演，Δ称为粒子数的反演。粒子数的反演与热平衡分布有关。当系统处于粒子数反转状态时，受激光子的数目大于被吸收光子的数目，因此可以放大光子的数目。激光运转的必要条件之一是粒子数的反转。由Δ>0可知，当系统处于粒子数反转状态时，系统的温度为T<0，因此系统处于负温度状态。这是一份正式声明。实际上，在热平衡中，t不能为负。但当系统处于粒子数反转状态时，不处于热平衡状态。
重庆分公司
重庆分公司
