Wäre ein Laser mit vier möglichen Energieniveaus besser als drei?

Ich frage mich, ob ich für einen Laser eine Besetzungsinversion erreichen soll. Ich habe gelernt, dass es ohne ein aktives Medium nicht möglich ist, einen Laser mit nur zwei Energieniveaus zu erzeugen, aber es wäre mit drei möglich. Was ist dann der Vorteil, vier Ebenen zu haben?

Antworten (4)

Bei einem Drei-Niveau-System liegt der Laserübergang zwischen dem Grundniveau und dem ersten angeregten Niveau (siehe Abbildung). In diesem Schema ist es ziemlich schwierig, eine Besetzungsinversion zu erhalten, da alle Atome dazu neigen, auf der niedrigsten Ebene zu bleiben.

Bei einem Schema mit vier Ebenen haben Sie eine zusätzliche Ebene, damit der Laserübergang nicht in einem Grundzustand endet. Wenn also die untere Ebene im Laserübergang schneller entvölkert wird als die obere Ebene, wird die Besetzungsinversion unabhängig davon garantiert, wie schnell oder effizient Sie das System pumpen. Viele Laser, wie beispielsweise Nd:YAG- oder HeNe-Laser, um nur einige zu nennen, verwenden genau aus diesem Grund tatsächlich ein Vier-Stufen-Schema.

Drei- und vierstufiger Laseraufbau.

Ich verstehe nicht, was nach dem "Laser" von E3 -> E2 im zweiten Bild passiert. Was passiert beim Übergang vom zweiten Niveau in den Grundzustand?
Das ist nur ein strahlungsloser Übergang (z. B. durch Kollisionen), der, wenn er schneller ist als der Zerfall von E 3 zu E 2 , garantiert, dass die Besetzungsinversion erreicht wird.

Wenn Sie von der unteren Laserebene einen schnellen nichtstrahlenden Übergang in den Grundzustand haben, würde dies bei der Besetzungsinversion helfen, da Sie die untere Laserebene leeren.

Was Sie erwähnt haben, ist für das dreistufige Schema richtig. Was ist der Vorteil der vierten Ebene?

Wie in den anderen Antworten erwähnt, können Sie mit 3-Level- und 4-Level-Schemata perfekt feine Laser bauen. Ich möchte jedoch hinzufügen, dass 4-Level-Schemata im Allgemeinen eine niedrigere Inversionsschwelle (Leistung oder Intensität) aufweisen, während 3-Level-Schemata hinsichtlich der Umwandlung von Eingangs- in Ausgangsleistung tendenziell effizienter sind.

In einem 4-Niveau-System ist es aufgrund der normalerweise niedrigen thermischen Besetzung des zweitniedrigsten Energieniveaus einfacher, eine Besetzungsinversion zwischen dem 3. und 2. Energieniveau (entsprechend dem Laserübergang) zu erreichen, wodurch eine Inversion bei einem niedrigeren Pump erreicht wird Kraft/Intensität. Andererseits geht mehr Energie durch strahlungslose Zerfälle zwischen dem 4. und 3. und dem 2. und 1. Energieniveau verloren, was den Gesamtwirkungsgrad im Vergleich zu einem 3-Stufen-Schema verringert, bei dem nur ein solcher strahlungsloser Zerfall auftritt.

Dies ist jedoch nur ein allgemeines Bild, und es gelten Ausnahmen.

Die untere Ebene des Laserübergangs befindet sich über dem Grundzustand, was bedeutet, dass der schnelle strahlungslose Übergang von der unteren Laserebene in den Grundzustand eine angemessene Population in der oberen Laserebene (3. Stufe) aufrechterhält, was für das Lasern von grundlegender Bedeutung ist. Daher ist es mehr effektiver als 3-Level-System

Wäre ein Laser mit vier möglichen Energieniveaus besser als drei?
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