Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » انعكاس التوزيع السكاني الذري

انعكاس التوزيع السكاني الذري

1950
Gas laser apparatus demonstrating atomic population inversion in laser physics.

(صورة توضيحية فقط)

انعكاس التوزيع السكاني هو حالة في نظام من الذرات أو الجزيئات حيث يكون عدد الذرات في حالة طاقة أعلى (مثارة) أكبر من عدد الذرات في حالة طاقة أدنى. يُعدّ هذا الشرط غير المتوازن ضروريًا لتضخيم الضوء عبر الانبعاث المحفز. فبدونه، سيسود الامتصاص، ولن يتحقق أي ربح صافٍ، مما يجعل عمل الليزر مستحيلاً.

Under normal thermal equilibrium, the population of energy levels is described by the Boltzmann distribution, which dictates that lower energy states are always more populated than higher energy states. To achieve laser action, this natural state must be inverted. Population inversion is the condition where the number of atoms in an excited state, [latex]N_2[/latex], exceeds the number in a lower energy state, [latex]N_1[/latex], i.e., [latex]N_2 > N_1[/latex]. This is a necessary condition for net optical gain, as the rate of stimulated emission (proportional to [latex]N_2[/latex]) must be greater than the rate of absorption (proportional to [latex]N_1[/latex]).

يتطلب تحقيق انعكاس التوزيع السكاني مصدر طاقة خارجي، وهي عملية تُعرف باسم "الضخ". تشمل طرق الضخ الشائعة الضخ الضوئي (باستخدام مصباح وميضي أو ليزر آخر)، والتفريغ الكهربائي (في ليزرات الغاز)، وحقن التيار المباشر (في ليزرات أشباه الموصلات). يُضخ النظام إلى مستوى طاقة عالٍ، والذي يتحلل بسرعة إلى مستوى ليزر علوي طويل الأمد نسبيًا، أو "شبه مستقر". صُمم مستوى الليزر السفلي ليتحلل بسرعة، مما يضمن بقاءه خاليًا من السكان. هذا يُحدث انعكاسًا بين المستوى العلوي شبه المستقر والمستوى السفلي سريع التحلل. غالبًا ما يتم تحقيق ذلك باستخدام مخطط طاقة ثلاثي أو رباعي المستويات، وتكون الأنظمة رباعية المستويات أكثر كفاءة لأن مستوى الليزر السفلي ليس الحالة الأرضية، مما يُسهل الحفاظ عليه خاليًا من السكان.

UNESCO Nomenclature: 2210
– Optics

يكتب

Physical Principle

خلل

أساسيات

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • نظرية الانبعاث المحفز (أينشتاين)
  • quantum mechanics and discrete energy levels (Bohr, شرودنجر)
  • إحصائيات بولتزمان للتوازن الحراري
  • تطوير الماسرز (تاونز، باسوف، بروخوروف)

التطبيقات

  • جميع أنواع الليزر (الغازي، الصلب، أشباه الموصلات)
  • الليزر
  • مضخمات بصرية
  • تجارب الإشعاع الفائق
  • الساعات الذرية

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • room-temperature X-ray lasers using nuclear isomers
  • population inversion-based cooling systems for microelectronics
  • efficient anti-stokes raman lasers for chemical detection
  • gamma-ray lasers based on controlled nuclear transitions
  • inversion-less lasing schemes for ultra-low threshold lasers
  • coherent matter-wave amplifiers (atom lasers) with population inversion
  • terahertz lasers for non-invasive medical diagnostics
  • direct solar-pumped lasers for space-based power transmission
  • spin-polarized lasers for spintronics applications
  • tunable lasers based on engineered quantum dot population dynamics
ذات صلة بـ: انعكاس السكان، الليزر، الميزر، الانبعاث المحفز، الكسب البصري، الضخ، الحالة شبه المستقرة، عدم التوازن، توزيع بولتزمان، مستويات الطاقة.

السياق التاريخي

انعكاس التوزيع السكاني الذري

1950
1950
1950
1950
1957
1958
1960
1950
1950
1950
1950
1957
1957
1959-11
1960

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.