populációinverzió

Populációinverzió a kvantumoptikában olyan állapot, amelyben egy adott energiakövet két energiakínzó állapotából a magasabb energiaszintűban több részecske van, mint a vele szemben álló alacsonyabb energiaszintben. Ez a nem egyensúlyi, Boltzmann-eloszlásból következő állapot általában külső pumpálással érhető el. Ha fennáll, a rendszer képes nyereséget adni a benne lévő fénynek a stimulált emisszió megerősítésével, ami a lézerek és az optikai amplifikáció alapja.

A populációinverzió megvalósításához többlépcsős (általában három- vagy négyszintes) rendszerek használata szükséges. A kétszintes rendszernél a termikus egyensúly miatt nem tartható fenn az inverzió, míg a három- vagy négyszintes rendszerekben a felső lépcső hosszabb élettartama és az alsó lépcső gyors depoplálása lehetővé teszi, hogy a felső állapotban legyen több részecske. Az inversion mértékét a populációkülönbség ΔN = N2 − N1 határozza meg; a nyereség (gain) arányos ΔN-vel, a stimulált emisszió kereszt-szélességével (σ) és más központi paraméterekkel. A látható nyereség akkor észlelhető, amikor a nyereség meghaladja a rendszer veszteségeit.

Kiemelt alkalmazások közé tartozik a lézerek és a maserek működtetése, különböző gáz-, kristály- és félvezető médiumokban. Az inverzió tervezésekor fontos szempont a pumpálás típusa ( optikai vagy elektromos), a lépcsők energiája és élettartama, valamint a rendszer veszteségeinek kezelése.