الدرس: 8-13 منظومات مستويات الليزر

يمكن تصنيف منظومات الليزر تبعاً لمستويات الطاقة التي تشترك لإتمام عملية التوزيع المعكوس للوسط الفعال إلى منظومتين:

1. المنظومة ثلاثية المستوى.

تشترك في هذه المنظومة ثلاثة مستويات للطاقة، وهي المستوى الأرضي للطاقة E₁ ومستوى الطاقة الوسطي E₂ (وهو المستوى شبه مستقر)ومستوى طاقة التهيج E₃ لاحظ الشكل، عندما تكون معظم الذرات أو الجزيئات موجودة في المستوى الأرضي للطاقة E₁، يعني ذلك أن الوسط الفعال في حالة استقرار، أما عند تهيج الوسط الفعال بوساطة إحدى طرائق الضخ المناسبة، فإن هذه الذرات أو الجزيئات سوف تنتقل إلى مستوى التهيج E₃، والذي يكون زمن العمر له قصير بحدود $\left({10}^{-8}s\right)$ ولضمان توليد الليزر ينبغي أن تكون طاقة الضخ كافية لتحقيق التوزيع المعكوس، وسرعان ما تهبط هذه الذرات تلقائياً وبشكل سريع من المستوىE₃ إلى المستوى شبه المستقر E₂ بانبعاث حراري، والذي زمن العمر له أطول وبحدود $\left({10}^{-6}\mathrm{s}\right)$ مما يؤدي إلى تجمع عدد من الذرات في المستوى E₂ أكبر مما هو عليه في المستوى الأرضي E₁ فيتحقق عندئذ التوزيع المعكوس بين هذين المستويين فيحدث الانبعاث المحفز لأشعة الليزر، إن هذه الأنظمة تتطلب طاقة ضخ عالية ليصبح عدد الذرات في مستوى التهيج أكبر من عدد الذرات في المستوى الأرضي للحصول على التوزيع المعكوس.

2. المنظومة رباعية المستوى.

تشترك في هذه المنظومة أربعة مستويات للطاقة: (E_4, E_2, E_1, E₁).

وفي هذه العملية يقوم ضخ ذرات المنظومة من المستوى الأرضي للطاقة (E₁) إلى مستوى التهيج للطاقة (E₄) لاحظ الشكل (39) عندها تهبط الذرات سريعاً إلى مستوى الطاقة (E3) وبذلك تتجمع الذرات في المستوى (E₃) وهو مستوى الطاقة شبه المستقر في هذه المنظومة (عندها يتحقق التوزيع المعكوس بين المستويين (E₃) و(E₂) بأقل عدد من الذرات في المستوى (E₃) إذ يكون المستوى (E₂) شبه فارغ من الذرات بسبب الهبوط السريع للذرات ومن هذا يتبين أن هذه المنظومة تتطلب طاقة ضخ أقل لتحقيق عملية التوزيع المعكوس مقارنة مع منظومة ثلاثية المستويات.