¿Qué es un láser de tres niveles?

Un láser generalmente emite luz a través de un tipo de amplificación. Los fotones atómicos se pueden manipular para concentrar la energía de la luz en un área pequeña o dirigirla a grandes distancias. El método en el que la energía se dirige al haz de luz para amplificarlo se llama bombeo, y una bomba láser generalmente estimula las partículas en un estado de energía más alto. Cada estado a menudo se conoce como un nivel; un láser de tres niveles, por ejemplo, puede dirigir la luz en tres etapas diferentes antes de que se emita. Dicha configuración se usa a menudo para garantizar que el haz esté al nivel de potencia deseado.

La energía utilizada en un láser típicamente excita las partículas de fotones, pero también puede tener la reacción opuesta. En un láser de tres niveles, la luz se transfiere desde un estado de reposo a un alto nivel de energía; En la segunda etapa, esta energía decae, pero no se emiten partículas como radiación. En general, no más de la mitad de las partículas tienen suficiente energía en este proceso. Los ingenieros han diseñado sistemas que pueden hacer que sean más enérgicos de lo necesario. La etapa final es la activación del rayo láser, y una caída rápida en la energía de las partículas ocurre típicamente cuando se emiten las partículas.

Después de disparar el haz, el nivel de energía normalmente disminuye a su estado más bajo. Por lo tanto, el estado fundamental de un láser de tres niveles se denomina nivel láser inferior, o E1, que también suele ser el estado del sistema después de que se produce la emisión. La energía a menudo se dirige al nivel E3 directamente desde E1, mientras que el nivel superior del láser, llamado E2, generalmente ocurre justo antes de que se active el haz.

El uso de solo la mitad de los electrones generalmente requiere que se agregue más potencia al láser de tres niveles. Gran parte de la energía pasa a un estado más bajo sin emitir luz u otra radiación, que generalmente se activa mediante el transporte de energía por partículas llamadas fotones reticulados. Este tipo de láser, por lo tanto, generalmente no es tan eficiente como algunas otras variedades.

Los estados de energía en cada nivel duran fracciones de segundo, a pesar de las ganancias y pérdidas sustanciales que pueden ocurrir. Otro fenómeno que a menudo ocurre en un láser de tres niveles es una inversión de población, en la cual la cantidad de partículas en un estado de energía más alta es mayor que las de los estados más bajos. La amplificación de la luz es típicamente el resultado. Sin embargo, estos estados de energía se alcanzan solo en una parte de las partículas en este tipo de láser, por lo que a veces es necesario abordar la eficiencia energética.