Что такое трехуровневый лазер?

Лазер обычно излучает свет через тип усиления. Атомными фотонами можно манипулировать, чтобы сконцентрировать энергию света в небольшой области или направить ее на большие расстояния. Метод, в котором энергия направляется в луч света для его усиления, называется накачкой, а лазерная накачка обычно стимулирует частицы в состояние с более высокой энергией. Каждое состояние часто называют уровнем; трехуровневый лазер, например, может направлять свет в три разных этапа до его излучения. Такая конфигурация часто используется, чтобы гарантировать, что луч находится на желаемом уровне мощности.

Энергия, используемая в лазере, обычно возбуждает частицы фотона, но также может иметь обратную реакцию. В трехуровневом лазере свет переносится из состояния покоя на высокий уровень энергии; на втором этапе эта энергия затухает, но частицы не излучаются в виде излучения. Как правило, не более половины частиц имеют достаточно энергии в этом процессе. Инженеры разработали системы, которые могут сделать их более энергичными, чем это необходимо. Последним этапом является активация лазерного луча, и быстрое падение энергии частиц обычно происходит при испускании частиц.

После запуска луча уровень энергии обычно снижается до самого низкого уровня. Поэтому основное состояние трехуровневого лазера называется нижним лазерным уровнем, или E1, который также обычно является состоянием системы после излучения. Энергия часто направляется на уровень E3 непосредственно от E1, в то время как верхний лазерный уровень, называемый E2, обычно происходит непосредственно перед активацией луча.

Использование только половины электронов обычно требует добавления большей мощности к трехуровневому лазеру. Большая часть энергии переходит в более низкое состояние без испускания света или другого излучения, что обычно обеспечивается переносом энергии частицами, называемыми решеточными фотонами. Поэтому этот тип лазера обычно не так эффективен, как некоторые другие разновидности.

Энергетические состояния на каждом уровне длятся доли секунды, несмотря на существенные выгоды и потери, которые могут произойти. Другим явлением, которое часто возникает в трехуровневом лазере, является инверсия населенностей, при которой количество частиц в состоянии с более высокой энергией больше, чем в более низких состояниях. Усиление света, как правило, является результатом. Эти энергетические состояния, однако, достигаются только частью частиц в лазере этого типа, поэтому иногда необходимо учитывать эффективность использования энергии.