¿Lasear en un sistema de 2 niveles?

¿Cuál es exactamente la diferencia entre los sistemas de 2, 3 y 4 niveles? ¿Por qué no podemos lograr la emisión estimulada en un sistema de dos niveles usando bombeo óptico?

Esto se puede encontrar en cualquier texto introductorio sobre láseres y óptica (busque "inversión de población"). Vota para cerrar.
gracias cris En realidad, estoy siguiendo un libro de texto, pero no entiendo por qué no podemos lograr la inversión de población en un sistema de dos niveles cuando la entrada es un bombeo óptico.
La entrada de wikipedia habla de esto: en.wikipedia.org/wiki/Population_inversion
La sección relevante en el artículo de Neutrino es Creando una inversión de población . Tenga cuidado con los nombres "dos niveles" y "tres niveles": los láseres y los amplificadores de fibra dopados con erbio a menudo se describen como láseres de dos niveles, aunque para los fines de su pregunta y por las razones discutidas en "Creación de una población sección de inversión" son estrictamente de tres niveles. Es solo que el tercer nivel puede estar apenas por encima del segundo, por lo que aparecen dos niveles en la mayoría de las descripciones de ecuaciones de velocidad de los dispositivos.

Respuestas (3)

El bombeo óptico solo logrará, como máximo, la misma población de un sistema de dos niveles. ¡ Esto se debe a que las probabilidades de elevar un electrón al nivel superior e inducir la desintegración de un electrón al nivel inferior (emisión simulada) son exactamente las mismas ! En otras palabras, cuando ambos niveles están igualmente poblados, la cantidad de electrones que "suben" y "bajan" será la misma, por lo que no se puede lograr la inversión de población que se requiere para los láseres.

La solución es utilizar un tercer nivel metaestable . El bombeo será entre los otros dos, pero los electrones en el nivel superior de energía decaerán rápidamente al nivel metaestable, dejando el nivel superior prácticamente despoblado en todo momento. La transición del nivel metaestable al nivel del suelo tiene una frecuencia diferente: la frecuencia del láser. La frecuencia de bombeo está entre el nivel superior y el nivel del suelo, por lo que el bombeo no resuena en la transición del láser y, por lo tanto, no activará la emisión estimulada.

Estaba a punto de hacer la misma pregunta, pero para el bombeo "no óptico". ¿Esta respuesta también se aplica a esto?

Para ser un conocimiento de libro de texto sobre las cuatro demandas de láser , inversión de población , umbral de láser, fuente de energía y medio activo, responderé la pregunta de manera concisa. En vuestro medio activo del láser sin energía está el equilibrio térmico. Se rige por la ley de Boltzmann . Por lo tanto, los niveles de energía más altos están menos poblados.

Encender la fuente de alimentación genera un alto nivel de energía. La inversión de población se mantiene mediante bombeo óptico a un tercer nivel . Hay un proceso rápido sin radiación para "llenar el nivel superior". Rápido en comparación con el proceso de radiación. Punto clave: 3er nivel para mantener la inversión de población .

Inversión de población de dos niveles: El nivel inferior está menos poblado contradiciendo la ley de Boltzmann. El proceso de láser tiene lugar en estos dos niveles. Este proceso es emisión estimulada . El fotón entrante "ha sido clonado";) la longitud de onda, la polarización y la dirección del segundo fotón nuevo son idénticas. La energía para la creación de este fotón se toma del sistema. El sistema termina en el estado de nivel inferior.

Estrictamente hablando, no necesita inversión de población para el láser. LWI (láser sin inversión) explota la interferencia cuántica (estrechamente relacionada con la transparencia inducida electromagnéticamente).

Observación de láser sin inversión en un vapor de rubidio caliente en condiciones de transparencia inducida electromagnéticamente

¿Lasear en un sistema de 2 niveles?
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