反転分布についてうかがいます。

質問

反転分布についてうかがいます。
反転分布とはレーザー下準位より上準位にある原子数が多くなっている状態のことだと思いますが、この状態にするとレーザー発振が起こる理由は、’吸収より放出が多くなるから光が増幅していくため’、あるいは’下準位の原子数をn1、上準位の原子数をn2とすると、n=n2-n1>0となること’いう説明がよくされていると思いますが、この点について疑問があります。
吸収する光の波長と放出する光の波長は一般に異なるのに、なぜこの2つが関係するのかということです。単に放出が少しでもあれば誘導放出を伴って増幅していくわけで、吸収量との差をとるのはどういうことでしょうか。その点がよく理解できません。詳しい方ご教示お願いします。

回答No.1

eatern27 · ベストアンサー

>吸収する光の波長と放出する光の波長は一般に異なるのに、なぜこの2つが関係するのかということです。
その2つが一緒であるのが普通です。量子力学を勉強すれば分かるかと。

>単に放出が少しでもあれば誘導放出を伴って増幅していくわけで、吸収量との差をとるのはどういうことでしょうか。
増幅するには誘導放出で出た２個の光子が両方ともさらに誘導放出を起こしてくれなきゃいけないわけで、吸収される分だけその割合が減りますよね？

補足

eatern27様
早速のご回答ありがとうございます。
例えばNd:YAGレーザーで、808nmの吸収線がありますがこの波長の光を受けて、たとえば全Ndイオン数100個のうち20個のNdイオンが励起されたとすると（残り80個は基底状態）、この20個が基底状態に落ちるときに1064nm光を出しながら（自然放出光、誘導放出光）、1周してきた時に損失を上回っていればレーザー発振するわけなので、最初の基底状態にある原子数80個などまったく関係ないように思うのですがいかがでしょうか。（つまり結晶内での1064nmの吸収は起こらないと考えています）

回答No.3

eatern27

補足の中にはNdイオンの状態として
「基底状態」と「励起状態」の2種類しか登場していないようですが、
Nd:YAGレーザーは4準位レーザーらしいので、
「基底状態」「第１励起状態」「第２励起状態」「第３励起状態」
の4つが登場しますよ。

詳しくは3準位レーザーもしくは4準位レーザーについて調べるのがいいかと思います。

普通のレーザーではポンピングで励起した電子が直接基底状態に遷移しない(事が多い)事を利用しているんですよ。

回答No.2

eatern27

補足の中にはNdイオンの状態として
「基底状態」と「励起状態」の2種類しか登場していないようですが、
Nd:YAGレーザーは4準位レーザーらしいので、
「基底状態」「第１励起状態」「第２励起状態」「第３励起状態」
の4つが登場しますよ。

詳しくは3準位レーザーもしくは4準位レーザーについて調べるのがいいかと思います。

普通のレーザーではポンピングで励起した電子が直接基底状態に遷移しない(事が多い)事を利用しているんですよ。