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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 原子、分子&光学 » 为什么二能级系统不能产生粒子数反转
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齐瑶瑶

新虫 (初入文坛)

[求助] 为什么二能级系统不能产生粒子数反转 已有1人参与

为什么二能级系统不能产生粒子数反转啊？
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1楼 2013-09-10 13:05:00
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

mshwangg

至尊木虫 (正式写手)
引用回帖:
7楼: Originally posted by 690069175 at 2016-03-15 17:00:28
您的意思是利用脉冲泵浦就可以使二能级系统产生激光了？...

原则上是可以的，但没有意义。可以预见的原因：一个是泵浦波长接近出射波长；一个是需要泵浦功率很高才能反转，能量转化效率低；一个是这样的二能级系统只能工作于脉冲形式，其结果是输入一个大脉冲得到一个类似的小脉冲。这不就是骑驴找驴的事嘛，得不偿失

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8楼2016-03-16 05:36:57
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mshwangg

至尊木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
华丽的飘过: 金币+3, 3q 2013-09-14 02:23:02
光与二能级原子系统的共振作用有三种：自发辐射，受激吸收，受激辐射。
当泵浦光作用于此原子时，上下能级的集居数经过短暂的瞬态振荡，达到平衡，即受激吸收=自发辐射+受激辐射，注意这是一个动态的平衡，这三个过程始终是在发生的。
受激吸收的光子数正比于上下能级粒子数差n1-n2，n1为下，n2为上。受激辐射则相反，正比于n2-n1。
建立动态平衡时，原子在不停地吸收光子的同时也放出同样数目的光子。因此，受激吸收不为零，则n1>n2，不能产生粒子数反转。
但是，在平衡建立前的瞬态振荡过程中，是可以存在粒子数反转的。
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2楼2013-09-10 17:33:43
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mshwangg

至尊木虫 (正式写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by 690069175 at 2016-03-13 09:51:06
请问，辐射的时候是n2>n1吗？吸收辐射同时进行是n2=n1吗？...

上能级是否有粒子数分布决定是否有辐射，下能级是否有粒子数分布决定是否有吸收，上下粒子数差只是判断哪种过程占主导的依据

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4楼2016-03-14 06:03:45
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virtualzx

木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
3楼: Originally posted by 690069175 at 2016-03-13 09:51:06
请问，辐射的时候是n2>n1吗？吸收辐射同时进行是n2=n1吗？...

假设体系是一个纯态，所有光子都完全同相位，这就是简单的微分方程
d n1/dt=-d n2/dt=(A+1)n2-A*n1
n1+n2=N
解就是sin函数，体系在两个态之间振动。但是实际体系有环境的影响，很迅速地就会发生decoherence，最后就是达到稳定的A/(A+1)比例

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9楼2016-03-16 08:05:32
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普通回帖

690069175

金虫 (正式写手)

头儿
引用回帖:
2楼: Originally posted by mshwangg at 2013-09-10 17:33:43
光与二能级原子系统的共振作用有三种：自发辐射，受激吸收，受激辐射。
当泵浦光作用于此原子时，上下能级的集居数经过短暂的瞬态振荡，达到平衡，即受激吸收=自发辐射+受激辐射，注意这是一个动态的平衡，这三个过 ...

请问，辐射的时候是n2>n1吗？吸收辐射同时进行是n2=n1吗？
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镀金
3楼2016-03-13 09:51:06
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690069175

金虫 (正式写手)

头儿
引用回帖:
4楼: Originally posted by mshwangg at 2016-03-14 06:03:45
上能级是否有粒子数分布决定是否有辐射，下能级是否有粒子数分布决定是否有吸收，上下粒子数差只是判断哪种过程占主导的依据
...

既然吸收占优势，那么如果泵浦能量足够大，是不是会逐渐形成辐射占优势，即粒子数反转了呢？
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镀金
5楼2016-03-15 07:57:21
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mshwangg

至尊木虫 (正式写手)
引用回帖:
5楼: Originally posted by 690069175 at 2016-03-15 07:57:21
既然吸收占优势，那么如果泵浦能量足够大，是不是会逐渐形成辐射占优势，即粒子数反转了呢？...

连续泵浦在开始的很短时间内可以形成反转，但很快就阻尼衰减到平衡值，即使泵浦功率增大最多也就是上下能级粒子数相等。脉冲泵浦可以达到反转，反转差取决于脉冲宽度和峰值。

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6楼2016-03-15 16:26:34
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690069175

金虫 (正式写手)

头儿
引用回帖:
6楼: Originally posted by mshwangg at 2016-03-15 16:26:34
连续泵浦在开始的很短时间内可以形成反转，但很快就阻尼衰减到平衡值，即使泵浦功率增大最多也就是上下能级粒子数相等。脉冲泵浦可以达到反转，反转差取决于脉冲宽度和峰值。
...

您的意思是利用脉冲泵浦就可以使二能级系统产生激光了？
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镀金
7楼2016-03-15 17:00:28
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690069175

金虫 (正式写手)

头儿
引用回帖:
8楼: Originally posted by mshwangg at 2016-03-16 05:36:57
原则上是可以的，但没有意义。可以预见的原因：一个是泵浦波长接近出射波长；一个是需要泵浦功率很高才能反转，能量转化效率低；一个是这样的二能级系统只能工作于脉冲形式，其结果是输入一个大脉冲得到一个类似的 ...

非常感谢
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10楼2016-03-16 08:18:39
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