Lexikon der Optik: Besetzungsinversion
Besetzungsinversion, Umkehrung der Besetzungsverhältnisse bei Atomen oder Molekülen, verglichen mit thermischer Besetzung. Eine B. zwischen zwei energetisch möglichen Zuständen liegt vor, wenn die Besetzungsdichte im oberen Energieniveau größer ist als im unteren. Atome und Moleküle können durch Strahlungsabsorption oder Stöße Energie aufnehmen und werden hierdurch angeregt. Die Abgabe der Energie erfolgt ebenfalls durch Strahlung oder Stöße. Die Zahl Ni der Atome bzw. Moleküle in einem Energieniveau mit der Energie Ei ist im thermischen Gleichgewicht gegeben durch eine Boltzmann-Verteilung
,
wobei N0 die Zahl der Systeme im Grundzustand mit der Energie E0, k die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur bezeichnen (Abb.). Hiernach nimmt die Besetzungsdichte (Besetzungszahl Ni pro Volumeneinheit) mit zunehmender Energie ab. Durch intensive Anregung, das Pumpen, und/oder gleichzeitige Entleerung unterer Niveaus ist es möglich, energetisch höhere Niveaus stärker zu besetzen als darunter liegende, d.h. eine B. zu erzeugen (Abb.) und damit die erste Laserbedingung (Laser) zu erfüllen. Quantitativ versteht man unter der B. die Differenz ΔN = N2 – N1 der Besetzungszahlen für das obere (2) und das untere Niveau (1). Die Anregung erfolgt durch optische Einstrahlung mittels Blitzlampen oder Laser (optisches Pumpen, Pumplichtanordnung), durch Stöße in einer Gasentladung, durch Stromdurchgang in einem geeignet dotiertem pn-Übergang oder auch durch räumliche Trennung von angeregten und nichtangeregten Atomen bzw. Molekülen (NH3-Maser).
![](javascript:ShowPic("/lexika/images/optik/fff188.jpg", "360", "340");)
Besetzungsinversion: Energieniveaus Ei und Besetzungszahlen Ni für eine Boltzmann-Verteilung und bei Vorliegen einer Besetzungsinversion (---)
Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.