Рис. 1.40
Предположим, что нагретый до температуры 
газ очень быстро охлаждается до температуры 
пусть 
— время, в течение которого изменяется температура.
Предположим далее, что скорость релаксации первого возбужденного уровня (уровня 
много больше скорости релаксации уровней 
Точнее говоря, будем полагать, что время релаксации уровня 
(время 
) много меньше 
тогда как время релаксации более высоко расположенных уровней (время та), напротив, много больше 
. В этом случае заселенность уровня 
будет при охлаждении газа следовать за изменением температуры, тогда как заселенности других уровней останутся при быстром понижении температуры неизменными. В результате возникнет термодинамически неравновесная ситуация: заселенность уровня 
будет соответствовать низкой температуре (температуре 
), а заселенности уровней 
будут отвечать высокой температуре 
(см. рис. 1.40, в). В этой ситуации реализуется, как хорошо видно на рисунке, инверсия на переходе между первым и вторым возбужденными колебательными уровнями.
Для быстрого охлаждения удобнее всего использовать процесс адиабатического расширения газа при выходе его из узкой щели или сопла. Именно этот вариант тепловой накачки и лежит в основе действия газодинамических лазеров.
Отметим также возможность создания инверсии при быстром нагревании газа при условии, что скорость
теплового возбуждения верхних уровней молекулы больше, чем нижних. Достаточно быстрый нагрев газовых систем можно осуществлять, например, используя ударные волны.
На рис. 1.40, а, б сопоставляется характер заселения колебательных уровней для разных температур (для температур 
; при этом 
. Кривая 1 передает зависимость 
а кривая 2 — зависимость 
Хорошо видно, что повышение температуры приводит к эффективному заселению верхних уровней, но при этом не обеспечивает инверсии заселенностей.