Населеність і інверсія населеності - студопедія
Для кількісної оцінки лазерного посилення вводять поняття населеності рівня енергії, під якою розуміють число атомів в одиниці об'єму, що мають однакове енергетичний стан. В умовах термодинамічної рівноваги населеність енергетичних рівнів підпорядковується статистиці Больцмана:
де N2 - населеність збудженими атомами (в стані); N1 - населеність збудженого атома (в стані). При цьому
негативна, і в речовині маємо нормальну населеність, коли концентрація збуджених атомів менше концентрації збуджених. При цьому умови речовина знаходиться в стані рівноваги. Лазерне посилення неможливо.
Коли, що забезпечується впливом енергії накачування, відбувається інверсія заселеність і проходить випромінювання може посилюватися за рахунок енергії збуджених атомів. Формально з виразу (5.23) випливає, що умова виконується при абсолютній мінусовій температурі (). Тому стан інверсіїзаселеність іноді називають станом з мінусовою температурою. Середовище, в якому здійснена інверсія заселеність, називається активним середовищем.
Таким чином, посилення вимушеного випромінювання або лазерне посилення вимагає, по-перше, інверсіїзаселеність () і, по-друге, придушення спонтанного випромінювання (світлового шуму). Найменший рівень енергії накачування, при якому виконується умова інверсії, називається порогом інверсії.