Co to jest laser trójpoziomowy?

Laser generalnie emituje światło poprzez pewien rodzaj wzmocnienia. Fotonami atomowymi można manipulować, aby skoncentrować energię światła na małym obszarze lub skierować go na duże odległości. Metoda, w której energia jest kierowana do wiązki światła w celu jej wzmocnienia, nazywa się pompowaniem, a pompa laserowa zwykle stymuluje cząstki do wyższego stanu energetycznego. Każdy stan jest często określany jako poziom; na przykład laser trójpoziomowy może skierować światło w trzech różnych etapach przed jego emisją. Taka konfiguracja jest często stosowana w celu zapewnienia, że ​​wiązka osiąga pożądany poziom mocy.

Energia użyta w laserze zazwyczaj wzbudza cząstki fotonu, ale może również mieć odwrotną reakcję. W trójpoziomowym laserze światło jest przenoszone ze stanu spoczynku do wysokiego poziomu energii; na drugim etapie energia ta zanika, ale żadne cząsteczki nie są emitowane jako promieniowanie. Ogólnie rzecz biorąc, nie więcej niż połowa cząstek ma wystarczającą energię w tym procesie. Inżynierowie zaprojektowali systemy, które mogą sprawić, że będą bardziej energiczne niż to konieczne. Ostatnim etapem jest aktywacja wiązki laserowej, a szybki spadek energii cząstek zwykle występuje w momencie ich emitowania.

Po wystrzeleniu wiązki poziom energii zwykle spada do najniższego stanu. Stan gruntu lasera trójpoziomowego jest zatem nazywany niższym poziomem lasera lub E1, co zwykle jest również stanem systemu po wystąpieniu emisji. Energia jest często kierowana na poziom E3 bezpośrednio z E1, podczas gdy górny poziom lasera, zwany E2, zwykle występuje tuż przed aktywacją wiązki.

Zastosowanie zaledwie połowy elektronów wymaga na ogół dodania większej mocy do lasera trójpoziomowego. Znaczna część energii przechodzi w stan niższy bez emitowania światła lub innego promieniowania, co na ogół jest możliwe dzięki transportowi energii przez cząstki zwane fotonami kratowymi. Dlatego ten typ lasera zwykle nie jest tak wydajny jak niektóre inne odmiany.

Stany energetyczne na każdym poziomie trwają ułamki sekundy, pomimo znacznych zysków i strat, które mogą wystąpić. Innym zjawiskiem, które często występuje w laserze trójpoziomowym, jest odwrócenie populacji, w którym ilość cząstek o wyższym stanie energetycznym jest większa niż w stanach niższych. Wzmocnienie światła jest zwykle wynikiem. Te stany energetyczne są jednak osiągane tylko w części cząstek w tego rodzaju laserze, więc czasami trzeba rozwiązać problem wydajności energetycznej.