Lasern in einem 2-Level-System?

Was genau ist der Unterschied zwischen 2-Level-, 3-Level- und 4-Level-Systemen? Warum können wir in einem Zwei-Niveau-System mit optischem Pumpen keine stimulierte Emission erreichen?

Diese findet sich in jedem Einführungstext zu Lasern und Optiken (siehe „Besetzungsinversion“). Stimmen Sie ab, um zu schließen.
Danke Chris. Eigentlich folge ich einem Lehrbuch, konnte aber nicht verstehen, warum wir in einem Zwei-Ebenen-System keine Besetzungsinversion erreichen können, wenn der Eingang optisches Pumpen ist?
Der Wikipedia-Eintrag spricht darüber: en.wikipedia.org/wiki/Population_inversion
Der relevante Abschnitt im Artikel von Neutrino ist Erstellen einer Besetzungsinversion . Seien Sie vorsichtig mit den Namen „Zwei-Niveau“ und „Drei-Niveau“: Erbium-dotierte Faserverstärker und Laser werden oft als Zwei-Niveau-Laser bezeichnet, obwohl für die Zwecke Ihrer Frage und aus den Gründen, die im Abschnitt „Erstellen einer Population“ besprochen wurden Inversion" Abschnitt sind sie streng dreistufig. Es ist nur so, dass die dritte Stufe kaum über der zweiten liegen kann - und so erscheinen in den meisten Ratengleichungsbeschreibungen der Geräte zwei Stufen.

Antworten (3)

Optisches Pumpen wird höchstens nur eine gleiche Besetzung eines Zwei-Niveau-Systems erreichen. Dies liegt daran, dass die Wahrscheinlichkeiten, ein Elektron auf das obere Niveau zu heben und den Zerfall eines Elektrons auf das untere Niveau (simulierte Emission) zu induzieren, genau gleich sind ! Mit anderen Worten, wenn beide Ebenen gleich besetzt sind, ist die Anzahl der Elektronen, die "nach oben" und "nach unten" gehen, gleich, sodass Sie keine Besetzungsinversion erreichen können, die für Laser erforderlich ist.

Die Lösung besteht darin, eine dritte metastabile Ebene zu verwenden . Das Pumpen wird zwischen den beiden anderen stattfinden, aber Elektronen im oberen Energieniveau werden schnell in das metastabile Niveau zerfallen, wodurch das obere Niveau praktisch zu jeder Zeit unbesetzt bleibt. Der Übergang von der metastabilen Ebene zur Bodenebene hat eine andere Frequenz: die Laserfrequenz. Die Pumpfrequenz liegt zwischen dem oberen Niveau und dem Bodenniveau, so dass das Pumpen außerresonant zum Laserübergang ist und daher keine stimulierte Emission auslöst.

Ich wollte gerade die gleiche Frage stellen, aber für "nicht optisches" Pumpen. Gilt diese Antwort auch dafür?

Als Lehrbuchwissen über die vier Laseranforderungen Besetzungsinversion , Laserschwelle, Energiequelle und aktives Medium beantworte ich die Frage kurz. In Ihrem aktiven Medium des leistungslosen Lasers herrscht thermisches Gleichgewicht. Es unterliegt dem Boltzmann-Gesetz . Höhere Energieniveaus sind also weniger besiedelt.

Das Einschalten der Stromquelle erzeugt ein hohes Energieniveau. Die Besetzungsinversion wird durch optisches Pumpen auf einem dritten Niveau aufrechterhalten . Es gibt einen schnellen strahlungslosen Prozess, um "die höhere Ebene zu füllen". Schnell im Vergleich zum Bestrahlungsprozess. Kernpunkt: 3. Ebene zur Aufrechterhaltung der Besetzungsinversion .

Besetzungsinversion von zwei Ebenen: Die untere Ebene ist weniger bevölkert, was dem Boltzmann-Gesetz widerspricht. Der Laserprozess findet in diesen beiden Ebenen statt. Dieser Vorgang wird als stimulierte Emission bezeichnet . Das einfallende Photon "wurde geklont" ;) Wellenlänge, Polarisation und Richtung des zweiten neuen Photons sind identisch. Energie zur Erzeugung dieses Photons wird dem System entnommen. Das System landet im Zustand der unteren Ebene.

Genau genommen braucht man zum Lasern keine Populationsinversion. LWI (Lasern ohne Inversion) nutzt Quanteninterferenz (eng verwandt mit elektromagnetisch induzierter Transparenz).

Beobachtung von Lasern ohne Inversion in einem heißen Rubidiumdampf unter elektromagnetisch induzierten Transparenzbedingungen

Lasern in einem 2-Level-System?
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