定义
一种介质状态，其中高洼电子电平比低洼电平具有更高的人口。
粒子数反转是一个系统的状态，例如激光增益介质，其中较高的能级比低洼能级的人口更强烈。 这在热平衡条件下不会发生，其中水平种群由玻尔兹曼分布描述。 然而，群体反转通常很容易通过以合适的光波长进行光泵浦来实现。
从形式上讲，种群反转有时被描述为具有负温度的状态。 这是因为玻尔兹曼分布会导致负温度的这种情况，这在现实中当然不会发生。
粒子数反转和激光增益
在最简单的情况下，激光跃迁仅涉及增益介质的活性原子或离子的两个（非简并）能级：上激光能级和下激光能级。 吸收和受激发射的跃迁截面必然相同（对于任何给定波长）。 激光跃迁的净增益可以计算为上州人口（启用受激发射）产生的增益减去下州人口引起的吸收。 只有当上层激光能级的数量高于较低能级（即较高能级中有更多的激光活性原子或离子）时，才会发生正净增益（即增益大于吸收）。 换句话说，只有实现群体反转时，才能获得正激光增益。
然而，在大多数固态激光器中，粒子数反转的概念并不直接适用，因为上能级和下能级实际上由大量略有不同的能级组成。 典型的模型涉及上层和下层流形，每个流形由不同的斯塔克水平组成，此外还可以进行不均匀的展宽。 在每个水平歧管内，由于通过声子的强耦合，热平衡在皮秒内达到。 然后，使用有效的过渡截面很方便，它考虑了歧管内的热人口分布，并且吸收和受激发射通常不同。 这表明获得光放大不需要>50%反转意义上的群体反转：对于发射通常比吸收强得多的长波长，即使对于相当低的激发水平也能实现增益。
后一种现象不应与无反演的激光混淆，后者通过量子相干性在简单的原子系统中实现激光放大。
