Vad är en tre-nivå laser?
En laser avger vanligtvis ljus genom en typ av förstärkning. Atomfotoner kan manipuleras för att koncentrera ljusets energi till ett litet område, eller rikta den över stora avstånd. Metoden där energi riktas in i ljusstrålen för att förstärka den kallas pumpning, och en laserpump stimulerar typiskt partiklar till ett högre energitillstånd. Varje stat kallas ofta en nivå; en laser på tre nivåer, till exempel, kan rikta ljus i tre olika steg innan den släpps ut. En sådan konfiguration används ofta för att säkerställa att strålen är vid önskad effektnivå.
Energin som används i en laser väcker typiskt fotonpartiklarna, men kan också ha motsatt reaktion. I en tre-nivå laser överförs ljuset från ett vilotillstånd till en hög energinivå; i det andra steget sänks denna energi, men inga partiklar släpps ut som strålning. I allmänhet har inte mer än hälften av partiklarna tillräckligt med energi i denna process. Ingenjörer har utformat system som kan få dem att vara mer energiska än nödvändigt. Det sista steget är aktiveringen av laserstrålen och ett snabbt fall i partikelenergin inträffar vanligtvis när partiklarna släpps ut.
Efter att strålen har avbrutits sjunker energinivån normalt till dess lägsta tillstånd. Grundtillståndet för en tre-nivå laser kallas därför den lägre lasernivån, eller E1, vilket också vanligtvis är systemtillståndet efter utsläpp. Energi riktas ofta till E3-nivån direkt från E1, medan den övre lasernivån, kallad E2, vanligtvis inträffar strax innan strålen aktiveras.
Användningen av bara hälften av elektronerna kräver i allmänhet att mer energi läggs till på tre nivåers laser. Mycket av energiovergångarna till ett lägre tillstånd utan att avge ljus eller annan strålning, vilket generellt möjliggörs av transport av energi av partiklar som kallas gitterfotoner. Denna typ av laser är därför vanligtvis inte lika effektiv som vissa andra sorter.
Energitillstånd på varje nivå varar i bråk av en sekund, trots de betydande vinster och förluster som kan uppstå. Ett annat fenomen som ofta förekommer i en laser på tre nivåer är en inversion av populationen, där mängden partiklar i ett högre energitillstånd är större än i lägre tillstånd. Amplifiering av ljus är vanligtvis resultatet. Dessa energitillstånd nås emellertid i bara en del av partiklarna i denna typ av laser, så ibland behöver energieffektivitet tas upp.