Будет ли лазер с четырьмя возможными энергетическими уровнями лучше, чем с тремя?

Меня интересует достижение инверсии населенностей для лазера. Я узнал, что без активной среды невозможно создать лазер только с двумя энергетическими уровнями, но можно было бы с тремя. В чем тогда преимущество наличия четырех уровней?

Ответы (4)

В трехуровневой системе лазерный переход происходит между основным и первым возбужденным уровнями (см. рисунок). В этой схеме довольно сложно получить инверсию населенностей, потому что все атомы стремятся оставаться на самом низком уровне.

В четырехуровневой схеме у вас есть дополнительный уровень, чтобы лазерный переход не заканчивался в основном состоянии. Таким образом, если нижний уровень опустеет быстрее, чем верхний уровень в лазерном переходе, инверсия населенности будет гарантирована независимо от того, насколько быстро или эффективно вы накачиваете систему. Многие лазеры, например Nd:YAG или гелий-неоновый лазер, фактически используют четырехуровневую схему именно по этой причине.

Трех- и четырехуровневая лазерная установка.

Я не понимаю, что происходит после "лазера" из E3 -> E2 на второй картинке. Что происходит при переходе со второго уровня в основное состояние?
Это просто какой-то безызлучательный переход (например, через столкновения), который быстрее, чем распад из E 3 палец 2 , гарантирует достижение инверсии населенностей.

Если у вас есть быстрый безызлучательный переход в основное состояние с нижнего лазерного уровня, это поможет с инверсией населенностей, потому что вы опорожняете нижний лазерный уровень.

То, что вы упомянули, верно для трехуровневой схемы. В чем преимущество четвертого уровня?

Как указано в других ответах, вы можете создавать прекрасные лазеры с 3-уровневыми и 4-уровневыми схемами. Однако я хотел бы добавить, что, вообще говоря, 4-уровневые схемы имеют более низкий порог инверсии (мощности или интенсивности), тогда как 3-уровневые схемы более эффективны в отношении преобразования входной мощности в выходную.

В 4-уровневой системе из-за обычно низкой тепловой заселенности 2-го уровня с наименьшей энергией легче добиться инверсии населенностей между 3-м и 2-м энергетическими уровнями (соответствующими лазерному переходу), тем самым достигая инверсии при более низкой накачке. мощность/интенсивность. С другой стороны, больше энергии теряется из-за безызлучательных распадов между 4-м и 3-м и 2-м и 1-м уровнями энергии, что снижает общую эффективность по сравнению с 3-уровневой схемой, где происходит только один такой безызлучательный распад.

Но это всего лишь общая картина, и возможны исключения.

Нижний уровень лазерного перехода находится над основным состоянием, это означает, что быстрый безызлучательный переход с нижнего лазерного уровня в основное состояние поддерживает разумную заселенность на верхнем лазерном уровне (3-м), что является фундаментальным для генерации. эффективнее трехуровневой системы

Будет ли лазер с четырьмя возможными энергетическими уровнями лучше, чем с тремя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v