Qu'est-ce qu'un laser à trois niveaux?
Un laser émet généralement de la lumière par le biais d'un type d'amplification. Les photons atomiques peuvent être manipulés pour concentrer l'énergie de la lumière dans une petite zone ou la diriger sur de grandes distances. Le procédé dans lequel l’énergie est dirigée vers le faisceau lumineux pour l’amplifier est appelé pompage, et une pompe laser stimule généralement les particules dans un état d’énergie plus élevé. Chaque état est souvent appelé un niveau; Un laser à trois niveaux, par exemple, peut diriger la lumière en trois étapes différentes avant d'être émise. Une telle configuration est souvent utilisée pour garantir que le faisceau est au niveau de puissance souhaité.
L'énergie utilisée dans un laser excite généralement les particules de photon, mais peut également avoir la réaction opposée. Dans un laser à trois niveaux, la lumière est transférée d'un état de repos à un niveau d'énergie élevé. au deuxième stade, cette énergie se désintègre mais aucune particule n'est émise sous forme de rayonnement. Généralement, pas plus de la moitié des particules ont assez d’énergie dans ce processus. Les ingénieurs ont conçu des systèmes capables de leur donner plus d’énergie que nécessaire. L'étape finale est l'activation du faisceau laser et une chute rapide de l'énergie des particules se produit généralement lors de l'émission des particules.
Une fois le faisceau allumé, le niveau d'énergie diminue normalement à son état le plus bas. L’état fondamental d’un laser à trois niveaux est donc appelé niveau laser inférieur, ou E1, qui correspond également généralement à l’état du système après l’émission. L'énergie est souvent dirigée vers le niveau E3 directement depuis E1, tandis que le niveau laser supérieur, appelé E2, survient généralement juste avant l'activation du faisceau.
L'utilisation de seulement la moitié des électrons nécessite généralement plus de puissance pour le laser à trois niveaux. Une grande partie de l'énergie passe dans un état inférieur sans émettre de lumière ni autre rayonnement, ce qui est généralement rendu possible par le transport d'énergie par des particules appelées photons en réseau. Ce type de laser n’est donc généralement pas aussi efficace que certaines autres variétés.
Les états d'énergie à chaque niveau durent pendant des fractions de seconde, malgré les gains et pertes substantiels qui peuvent survenir. Un autre phénomène qui se produit souvent dans un laser à trois niveaux est une inversion de population, dans laquelle la quantité de particules dans un état d'énergie plus élevé est supérieure à celles dans des états plus bas. L'amplification de la lumière est généralement le résultat. Cependant, ces états d’énergie ne sont atteints que dans une partie des particules de ce type de laser; il est donc parfois nécessaire de s’attaquer au rendement énergétique.