Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Maison » Inversion de la population atomique

Inversion de la population atomique

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

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

L'inversion de population est un état, au sein d'un système d'atomes ou de molécules, où la proportion d'atomes dans un état d'énergie excité supérieur est plus élevée que dans un état d'énergie inférieur. Cet état de non-équilibre est indispensable à l'amplification de la lumière par émission stimulée. Sans elle, l'absorption serait prédominante et aucun gain net ne serait obtenu, rendant impossible l'effet laser.

À l'équilibre thermique normal, la population des niveaux d'énergie est décrite par la distribution de Boltzmann, qui stipule que les états d'énergie inférieurs sont toujours plus peuplés que les états d'énergie supérieurs. Pour obtenir un effet laser, cet état naturel doit être inversé. L'inversion de population est la condition où le nombre d'atomes dans un état excité, N₂, est supérieur au nombre d'atomes dans un état d'énergie inférieur, N₁, c'est-à-dire N₂ > N₁. Il s'agit d'une condition nécessaire au gain optique net, car le taux d'émission stimulée (proportionnel à N₂) doit être supérieur au taux d'absorption (proportionnel à N₁).

L'inversion de population nécessite une source d'énergie externe, un processus appelé « pompage ». Les méthodes de pompage courantes incluent le pompage optique (à l'aide d'une lampe flash ou d'un autre laser), la décharge électrique (dans les lasers à gaz) et l'injection de courant continu (dans les lasers à semi-conducteurs). Le système est « pompé » vers un niveau d'énergie élevé, qui se désintègre ensuite rapidement vers un niveau laser supérieur relativement stable, ou « métastable ». Le niveau laser inférieur est conçu pour se désintégrer rapidement, garantissant ainsi sa dépopulation. Ceci crée l'inversion entre le niveau supérieur métastable et le niveau inférieur à désintégration rapide. On utilise souvent un schéma énergétique à trois ou quatre niveaux, les systèmes à quatre niveaux étant plus efficaces car le niveau laser inférieur n'est pas l'état fondamental, ce qui facilite son maintien en état dépeuplé.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Optique

Taper

Principe physique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • théorie de l'émission stimulée (Einstein)
  • mécanique quantique et niveaux d'énergie discrets (Bohr, Schrödinger)
  • Statistiques de Boltzmann pour l'équilibre thermique
  • développement de masers (Townes, Basov, Prokhorov)

Applications

  • tous types de lasers (à gaz, à semi-conducteurs, à l'état solide)
  • masers
  • amplificateurs optiques
  • expériences de superradiance
  • horloges atomiques

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

En raison du trafic généré par les robots de scraping, actuellement supérieur à 40 000 par jour, ce contenu est réservé aux membres de la communauté.
> Connexion < ou > Registre < (100% gratuit) pour y accéder, ainsi qu'à tous les autres contenus et outils à accès restreint.

En lien avec : inversion de population, laser, maser, émission stimulée, gain optique, pompage, état métastable, hors équilibre, distribution de Boltzmann, niveaux d'énergie.

Contexte historique

Inversion de la population atomique

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

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Les images en pleine résolution et les téléchargements sont uniquement disponibles, et 100% gratuits, pour les membres inscrits.