Номер 4, страница 85, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

4. Что понимают под инверсной заселенностью энергетических уровней?

4. Что понимают под инверсной заселенностью энергетических уровней?

Инверсная заселенность энергетических уровней — это такое состояние вещества, при котором на более высоком энергетическом уровне ($E_2$) находится больше частиц (атомов, молекул, ионов), чем на более низком ($E_1$).

В обычном состоянии, при тепловом равновесии, система подчиняется распределению Больцмана, согласно которому заселенность энергетических уровней уменьшается с ростом энергии. Это означает, что число частиц $N_1$ на нижнем уровне всегда больше числа частиц $N_2$ на верхнем: $N_1 > N_2$. В этом случае при прохождении света через вещество преобладает процесс поглощения фотонов.

Инверсная заселенность — это термодинамически неравновесное состояние, при котором выполняется обратное условие: $N_2 > N_1$. Для его создания необходимо внешнее воздействие, называемое «накачкой», которое переводит частицы на верхние энергетические уровни. Когда инверсная заселенность достигнута, падающий фотон с энергией $h\nu = E_2 - E_1$ с большей вероятностью вызовет вынужденное (стимулированное) излучение, чем будет поглощен. При вынужденном излучении возбужденная частица переходит на нижний уровень, испуская второй фотон, который является точной копией первого (имеет ту же энергию, направление, фазу и поляризацию). В результате происходит усиление света. Это явление лежит в основе работы всех лазеров.

Ответ: Инверсная заселенность — это состояние, при котором число частиц на некотором возбужденном (верхнем) энергетическом уровне превышает число частиц на более низком энергетическом уровне. Это необходимое условие для усиления света и лазерной генерации.