O que é um laser de três níveis?

Um laser geralmente emite luz através de um tipo de amplificação. Os fótons atômicos podem ser manipulados para concentrar a energia da luz em uma pequena área ou direcioná -la em grandes distâncias. O método em que a energia é direcionada ao feixe de luz para amplificá -la é chamada de bombeamento, e uma bomba a laser normalmente estimula as partículas em um estado de energia mais alto. Cada estado é frequentemente referido como um nível; Um laser de três níveis, por exemplo, pode direcionar a luz em três estágios diferentes antes de ser emitida. Essa configuração é frequentemente usada para garantir que o feixe esteja no nível de potência desejado.

A energia usada em um laser normalmente excita as partículas de fótons, mas também pode ter a reação oposta. Em um laser de três níveis, a luz é transferida de um estado de repouso para um alto nível de energia; No segundo estágio, essa energia decai, mas nenhuma partícula é emitida como radiação. Geralmente, não mais que metade das partículas tem energia suficiente nesse processo. Os engenheiros criaram sistemas quepode fazer com que sejam mais enérgicos do que o necessário. O estágio final é a ativação do feixe de laser, e uma queda rápida na energia das partículas geralmente ocorre à medida que as partículas são emitidas.

Após a queima do feixe, o nível de energia normalmente diminui para o estado mais baixo. O estado fundamental de um laser de três níveis é, portanto, chamado de nível inferior do laser, ou E1, que também geralmente é o estado do sistema após a emissão. A energia é frequentemente direcionada para o nível E3 diretamente a partir de E1, enquanto o nível superior do laser, chamado E2, geralmente ocorre logo antes da ativação do feixe.

O uso de apenas metade dos elétrons geralmente exige que mais energia seja adicionada ao laser de três níveis. Grande parte das transições de energia para um estado inferior sem emitir luz ou outra radiação, que geralmente é ativada pelo transporte de energia por partículas chamadas fótons de treliça. Este tipo de laser, portanto, geralmente não é tão eficiente quanto algumas outras variedades.

Os estados de energia em cada nível duram as frações de segundo, apesar dos ganhos e perdas substanciais que podem ocorrer. Outro fenômeno que geralmente ocorre em um laser de três níveis é uma inversão populacional, na qual a quantidade de partículas em um estado de energia mais alto é maior que as em estados inferiores. A amplificação da luz é tipicamente o resultado. Esses estados de energia, no entanto, são alcançados em apenas uma parte das partículas nesse tipo de laser; portanto, a eficiência energética às vezes precisa ser abordada.