居量反轉

居量反轉（英語：Population inversion），又譯為群數反轉、密數反轉、集居數反轉、粒子數反轉、反轉分佈，為一個物理學名詞，在統計力學中經常被使用。居量反轉即在一個系統（例如一群原子或分子）中，處在激發狀態的成員數量比起處於較低能階狀態的成員更多。讓標準激光進入能夠運作的狀態的過程中，產生居量反轉是一個必要的步驟，因此在激光科學中，居量反轉是很重要的研究主題之一。值得注意的是居量反轉不可能是熱平衡的穩態解，如二能階系統中，溫度極高或外場極大時的平衡態也只允許激發態與基態粒子數目相等。

形成激光

在一個二級系統中，一個電子自低能階向高能階躍遷和自高能階向低能階躍遷的機率是一樣的。為了達到光放大的作用，在高能階必須有更多的電子，使得受激輻射發生的機率更高。這個狀態稱為居量反轉。出於這個原因，所以以光子激發的二級系統是無法實現激光的，所以激光一般是以通過三級系統和四級系統得到實現。在三級系統中，電子受激躍遷到高能階後，便很快轉為亞穩態。由此激光媒介被激發為高能態，佔據逆轉得到實現。在四能階系統中，由於基態最初沒有電子，粒子數反轉更易實現。

參考文獻

• Svelto, Orazio (1998). Principles of Lasers, 4th ed. (trans. David Hanna), Springer. ISBN 0-306-45748-2