Wat is een laser met drie niveaus?
Een laser zendt over het algemeen licht uit via een type versterking. Atoomfotonen kunnen worden gemanipuleerd om de energie van licht in een klein gebied te concentreren of over grote afstanden te richten. De methode waarbij energie in de lichtstraal wordt gestuurd om deze te versterken, wordt pompen genoemd en een laserpomp stimuleert deeltjes doorgaans naar een hogere energietoestand. Elke staat wordt vaak een niveau genoemd; een laser met drie niveaus kan bijvoorbeeld licht in drie verschillende fasen richten voordat het wordt uitgezonden. Een dergelijke configuratie wordt vaak gebruikt om ervoor te zorgen dat de straal het gewenste vermogensniveau heeft.
De energie die wordt gebruikt in een laser exciteert meestal de fotondeeltjes, maar kan ook de tegenovergestelde reactie hebben. In een laser met drie niveaus wordt het licht overgedragen van een rusttoestand naar een hoog energieniveau; in de tweede fase vervalt deze energie, maar er worden geen deeltjes uitgestraald als straling. Over het algemeen heeft niet meer dan de helft van de deeltjes voldoende energie in dit proces. Ingenieurs hebben systemen ontworpen die hen energieker kunnen maken dan nodig is. De laatste fase is de activering van de laserstraal en een snelle daling van de deeltjesenergie treedt typisch op wanneer de deeltjes worden uitgestoten.
Nadat de straal is afgevuurd, neemt het energieniveau normaal af naar de laagste stand. De grondtoestand van een laser met drie niveaus wordt daarom het lagere laserniveau of E1 genoemd, wat meestal ook de systeemstatus is nadat emissie optreedt. Energie wordt vaak rechtstreeks vanuit E1 naar het E3-niveau geleid, terwijl het bovenste laserniveau, E2 genaamd, meestal optreedt vlak voordat de straal wordt geactiveerd.
Het gebruik van slechts de helft van de elektronen vereist in het algemeen dat meer vermogen wordt toegevoegd aan de laser met drie niveaus. Een groot deel van de energie gaat over naar een lagere toestand zonder licht of andere straling uit te zenden, wat in het algemeen mogelijk wordt gemaakt door het transport van energie door deeltjes die roosterfotonen worden genoemd. Dit type laser is daarom meestal niet zo efficiënt als sommige andere soorten.
Energiestaten duren op elk niveau fracties van een seconde, ondanks de aanzienlijke winsten en verliezen die kunnen optreden. Een ander fenomeen dat vaak voorkomt in een laser met drie niveaus is een populatie-inversie, waarbij de hoeveelheid deeltjes in een hogere energietoestand groter is dan die in lagere toestanden. Versterking van licht is meestal het resultaat. Deze energietoestanden worden echter in slechts een deel van de deeltjes in dit type laser bereikt, dus energie-efficiëntie moet soms worden aangepakt.