Cos'è un laser a tre livelli?

Un laser generalmente emette luce attraverso un tipo di amplificazione.I fotoni atomici possono essere manipolati per concentrare l'energia della luce in una piccola area o dirigerla su grandi distanze.Il metodo in cui l'energia è diretta nel raggio di luce per amplificarla si chiama pompaggio e una pompa laser in genere stimola le particelle in uno stato di energia più elevato.Ogni stato viene spesso definito un livello;Un laser a tre livelli, ad esempio, può dirigere la luce in tre diverse fasi prima che venga emesso.Tale configurazione viene spesso utilizzata per garantire che il raggio sia al livello di potenza desiderato.

L'energia utilizzata in un laser in genere eccita le particelle di fotoni, ma può anche avere la reazione opposta.In un laser a tre livelli, la luce viene trasferita da uno stato di riposo a un alto livello di energia;Nella seconda fase questa energia decade, ma nessuna particella viene emessa come radiazione.In generale, non più della metà delle particelle ha abbastanza energia in questo processo.Gli ingegneri hanno progettato sistemi che possono farli essere più energici del necessario.La fase finale è l'attivazione del raggio laser e un calo rapido dell'energia delle particelle si verifica in genere quando le particelle vengono emesse.

Dopo aver sparato il raggio, quindi il livello di energia normalmente diminuisce allo stato più basso.Lo stato fondamentale di un laser a tre livelli è quindi chiamato livello laser inferiore, o E1, che di solito è anche lo stato del sistema dopo l'emissione.L'energia è spesso diretta al livello E3 direttamente da E1, mentre il livello del laser superiore, chiamato E2, si verifica in genere poco prima che il raggio sia attivato.

L'uso di solo la metà degli elettroni richiede generalmente che venga aggiunta una maggiore potenza ai tre-La laser a livello.Gran parte dell'energia passa a uno stato inferiore senza emettere luce o altre radiazioni, che è generalmente abilitata dal trasporto di energia da particelle chiamate fotoni reticolari.Questo tipo di laser, quindi, di solito non è efficiente come alcune altre varietà.

Gli stati energetici ad ogni livello durano per le frazioni di secondo, nonostante i sostanziali guadagni e perdite che possono verificarsi.Un altro fenomeno che spesso si verifica in un laser a tre livelli è un'inversione della popolazione, in cui la quantità di particelle in uno stato di energia più elevato è maggiore di quelle negli stati inferiori.L'amplificazione della luce è in genere il risultato.Questi stati energetici, tuttavia, sono raggiunti solo in una parte delle particelle in questo tipo di laser, quindi l'efficienza energetica a volte deve essere affrontata.