粒子数反转是什么意思?

粒子数反转是指原子或分子中的高能级粒子数量超过低能级粒子的状态。正常情况下，低能级粒子更多，但在激光等设备中，通过外部能量输入，可以让高能级粒子增多。这种状态是产生激光的必要条件，因为粒子从高能级跃迁到低能级时会释放出相同频率的光子。激光器通过光学谐振腔放大这些光子，形成高强度、方向一致的激光束。

粒子数反转的实现方式

实现粒子数反转需要泵浦源提供能量，比如光泵浦、电泵浦或化学泵浦。红宝石激光器用闪光灯激发铬离子，氦氖激光器通过放电激发气体原子。粒子数反转后，受激辐射占主导地位，光信号被不断放大。这种状态不稳定，需要持续补充能量维持。粒子数反转的持续时间决定了激光脉冲的长度，从纳秒到毫秒不等。