О каком физическом явлении говорится, если энергия на нижних энергетических уровнях атомов активной среды меньше

Если энергия на нижних энергетических уровнях атомов активной среды меньше, чем на верхних возбужденных уровнях, то мы говорим о физическом явлении, известном как инверсия населенностей.

Инверсия населенностей является ключевым условием для работы лазеров и многих других устройств, работающих на основе света. Давайте более подробно разберемся, что такое инверсия населенностей и как она связана с физикой атомов.

Атом – это составная часть вещества, которая состоит из ядра и электронной оболочки. Внутри атома есть энергетические уровни, на которых находятся электроны. Когда атом получает энергию, электроны могут переходить на более высокие энергетические уровни – это называется возбуждением атома. Когда электрон возвращается с высокого уровня на низкий уровень, он испускает энергию в виде фотона света.

Инверсия населенностей возникает, когда большинство электронов в активной среде атомов находятся на верхних возбужденных энергетических уровнях, имеющих больше энергии, чем уровни с низшей энергией. Обычно электроны находятся на нижних энергетических уровнях по принципу максимального заполнения энергетических уровней – так называемому принципу Паули. Однако, под действием определенных процессов, таких как стимулированная эмиссия и оптический насос, можно достичь ситуации, когда высшие уровни заполняются больше, чем нижние. Это и создает инверсию населенностей.

Инверсия населенностей является основой таких устройств, как лазеры. В лазерах энергия активной среды накапливается и удерживается в состоянии инверсии населенностей. При небольшом внешнем возбуждении на верхнем энергетическом уровне происходит скачок стимулированной эмиссии, и энергия испускается в виде мощного пучка света.

В общем, инверсия населенностей – это состояние, когда большинство электронов в активной среде находятся на высших возбужденных энергетических уровнях, что позволяет использовать энергию для создания мощных излучений, таких как лазерный свет.