Question

Изобразите в тетради схематически энергетические уровни, используемые при работе трёхуровневого лазера, и объясните принцип работы такого лазера. Какой из уровней и по какой причине должен быть метастабильным?

Answer 1

Схематически энергетические уровни трехуровневого лазера можно представить следующим образом:

```
Уровень 3 (наивысший)   *
                         |     
                         |
Уровень 2 (метастабильный) *
                         |     
                         |
Уровень 1 (основной) *
```

Принцип работы трехуровневого лазера заключается в следующем:

1. Атомы среды накачиваются энергией (например, от лампы), что переводит их из основного уровня (уровень 1) на верхний уровень (уровень 3).
2. Из уровня 3 атомы быстро переходят на метастабильный уровень (уровень 2), где они задерживаются на некоторое время.
3. При достижении достаточной концентрации атомов на метастабильном уровне происходит спонтанное излучение, которое может вызвать стимуляцию других атомов, приводя к усилению света — это называется индукированным излучением.

Уровень 2 должен быть метастабильным, поскольку он позволяет атомам накапливаться на этом уровне перед переходом на уровень 1 с испусканием фотонов. Это увеличение числа возбужденных атомов способствует усилению лазерного излучения.