[已解决]激光产生中粒子数反转和能级分布的关系

姚xinjian

激光产生的条件：1.光学谐振腔；2.粒子数反转；3.满足阈值条件，即增益大于损耗
其中粒子数反转中提到，在热平衡状态下，能级之间的粒子数分布遵循玻尔兹曼分布，即高能级的粒子数少，多能级的粒子数多
但是在原子核外电子排布中，高能级的电子数反而少，如果用这个去产生激光的话，是不是就不需要泵浦源再去做粒子数反转了，但是看资料，好像又不太对，想问一下这两个是不是互相冲突的？

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追逐光的明月

2023-9-26 15:35

姚xinjian 发表于 2023-9-26 15:14
受教了，但是我还有一个疑问，就是这里说的热平衡状态下，低能级的粒子数多于高能级的粒子数，但是从构造 ...

玻尔兹曼分布是热力学中的概念，就是对很多的原子进行统计分析，处于基态的原子数目比处于激发态的原子数目多。
而对于一个原子内部来说（不是统计），它是一个电磁系统。根据量子力学的计算，能级是分立的，如先所说的高能级容纳的电子数越多，这个可以从泡利不相容原理来理解。不是高能级的电子不下来，而是它下不来。

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追逐光的明月

1.能级越高的轨道量子简并态数目更多，也就能容纳更多的电子。比如，最低1S轨道只能容纳2个自旋方向不同的电子。
2.根据你所说的构造原理，低能级的轨道都先被占满了，如果要实现跃迁那还不是得将低能级的电子先激发出来。你这么理解是不是像永动机，从能量守恒的方面来说也不是可能的。

姚xinjian

追逐光的明月 发表于 2023-9-26 14:46
1.能级越高的轨道量子简并态数目更多，也就能容纳更多的电子。比如，最低1S轨道只能容纳2个自旋方向不同的 ...

受教了，但是我还有一个疑问，就是这里说的热平衡状态下，低能级的粒子数多于高能级的粒子数，但是从构造原理来讲，好像是高能级的粒子数更多，这个地方要怎么去理解呢？

他后面举了个例子，用的是原子数目，正常情况下，所有原子不都应该处于热平衡状态么？如果不是的话，那它这里的激发态跟化学中的得到电子或失去电子是相同意思么？

追逐光的明月

姚xinjian 发表于 2023-9-26 15:14
受教了，但是我还有一个疑问，就是这里说的热平衡状态下，低能级的粒子数多于高能级的粒子数，但是从构造 ...

玻尔兹曼分布是热力学中的概念，就是对很多的原子进行统计分析，处于基态的原子数目比处于激发态的原子数目多。
而对于一个原子内部来说（不是统计），它是一个电磁系统。根据量子力学的计算，能级是分立的，如先所说的高能级容纳的电子数越多，这个可以从泡利不相容原理来理解。不是高能级的电子不下来，而是它下不来。