Was ist ein Drei-Ebenen-Laser?
Ein Laser emittiert im Allgemeinen Licht durch eine Art Verstärkung. Atomphotonen können manipuliert werden, um die Energie des Lichts auf einen kleinen Bereich zu konzentrieren oder über große Entfernungen zu lenken. Das Verfahren, bei dem Energie in den Lichtstrahl geleitet wird, um ihn zu verstärken, wird als Pumpen bezeichnet, und eine Laserpumpe stimuliert Teilchen typischerweise in einen Zustand höherer Energie. Jeder Staat wird oft als Level bezeichnet. Beispielsweise kann ein Drei-Ebenen-Laser Licht in drei verschiedenen Stufen lenken, bevor es emittiert wird. Eine solche Konfiguration wird oft verwendet, um sicherzustellen, dass sich der Strahl auf dem gewünschten Leistungsniveau befindet.
Die in einem Laser verwendete Energie regt typischerweise die Photonenteilchen an, kann aber auch die entgegengesetzte Reaktion haben. Bei einem Drei-Ebenen-Laser wird das Licht von einem Ruhezustand auf ein hohes Energieniveau übertragen; in der zweiten stufe zerfällt diese energie, jedoch werden keine partikel als strahlung emittiert. In der Regel hat dabei nicht mehr als die Hälfte der Partikel genug Energie. Ingenieure haben Systeme entwickelt, mit denen sie energischer als nötig werden können. Die letzte Stufe ist die Aktivierung des Laserstrahls, und ein schneller Abfall der Teilchenenergie tritt typischerweise auf, wenn die Teilchen emittiert werden.
Nachdem der Strahl abgefeuert wurde, sinkt das Energieniveau normalerweise auf seinen niedrigsten Zustand. Der Grundzustand eines dreistufigen Lasers wird daher als unterer Laserpegel oder E1 bezeichnet, der normalerweise auch der Systemzustand nach dem Auftreten der Emission ist. Die Energie wird häufig direkt von E1 auf das E3-Niveau gerichtet, während das obere Laserniveau, E2 genannt, typischerweise unmittelbar vor der Aktivierung des Strahls auftritt.
Die Verwendung von nur der Hälfte der Elektronen erfordert im Allgemeinen, dass dem Drei-Ebenen-Laser mehr Leistung hinzugefügt wird. Ein Großteil der Energie geht in einen niedrigeren Zustand über, ohne Licht oder andere Strahlung zu emittieren, was im Allgemeinen durch den Transport von Energie durch Teilchen ermöglicht wird, die als Gitterphotonen bezeichnet werden. Dieser Lasertyp ist daher normalerweise nicht so effizient wie einige andere Sorten.
Energiezustände auf jeder Ebene halten trotz der erheblichen Gewinne und Verluste, die auftreten können, für Sekundenbruchteile an. Ein weiteres Phänomen, das bei einem Drei-Ebenen-Laser häufig auftritt, ist eine Populationsinversion, bei der die Menge der Teilchen in einem Zustand höherer Energie größer ist als in einem Zustand niedrigerer Energie. Eine Verstärkung des Lichts ist typischerweise das Ergebnis. Diese Energiezustände werden jedoch nur in einem Teil der Partikel dieses Lasertyps erreicht, sodass manchmal die Energieeffizienz in Angriff genommen werden muss.