居量反转

居量反转（英语：Population inversion），又译为群数反转、密数反转、集居数反转、粒子数反转、反转分布，为一个物理学名词，在统计力学中经常被使用。居量反转即在一个系统（例如一群原子或分子）中，处在激发状态的成员数量比起处于较低能级状态的成员更多。让标准镭射进入能够运作的状态的过程中，产生居量反转是一个必要的步骤，因此在镭射科学中，居量反转是很重要的研究主题之一。值得注意的是居量反转不可能是热平衡的稳态解，如二能级系统中，温度极高或外场极大时的平衡态也只允许激发态与基态粒子数目相等。

形成镭射

在一个二级系统中，一个电子自低能级向高能级跃迁和自高能级向低能级跃迁的概率是一样的。为了达到光放大的作用，在高能级必须有更多的电子，使得受激辐射发生的概率更高。这个状态称为居量反转。出于这个原因，所以以光子激发的二级系统是无法实现镭射的，所以镭射一般是以通过三级系统和四级系统得到实现。在三级系统中，电子受激跃迁到高能级后，便很快转为亚稳态。由此镭射媒介被激发为高能态，占据逆转得到实现。在四能级系统中，由于基态最初没有电子，粒子数反转更易实现。

参考文献

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