Warum beim Laser ein 4-Niveau-System weniger Pumpleistung al

SeekerofWisdom · Anmeldungsdatum: 25.11.2014 Beiträge: 5

Meine Frage:
Wenn ich beim 3-Niveau-System die Energiezustände E1, E2 und E3 habe und die Pumpe die Atome vom Zustand E1 in den Zustand E3 bringt, von welchem sie sehr schnell in den 2. Zustand übergehen muss ich ja mehr als 50% der Atome in den 2. Zustand bringen um eine Laserlawine auslösen zu können. Ich habe mir das so erklärt: Wird ein Atom im 1. Zustand von einem Lichtphoton getroffen wird es absorbiert, wird eins im 2. Zustand getroffen wird das Photon verdoppelt. Wenn ich insgesamt die Photonanzahl erhöhen will müssen mehr verdoppelt als absorbiert werden.

Aber im 4-Niveau-System scheint man weniger Pump-Leistung zu benötigen da die Atome aus dem Zustand E1 von selbst in E0 wechseln, also eine Besetzungsinversion für E2>E1 schneller erreicht ist. Warum ist aber vernachlässigbar dass in E0 mehr Atome als in E2 sind?

Meine Ideen:
Weil Atome in E0 in irgendeiner Form vernachlässigbar zu sein scheinen?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8582

Weil Du nur die Inversion zwischen E2 und E1 brauchst, weil es keine Übergänge von E0 zu E2 gibt.

Vllt hilft das hier weiter (falls Du es noch nicht gelesen hast):
http://en.wikipedia.org/wiki/Population_inversion

SeekerofWisdom · Anmeldungsdatum: 25.11.2014 Beiträge: 5

Ich muss zugeben mich wenig mit den Interaktionsbedingungen auseinandergesetzt zu haben.

1.Die Laserlawine ensteht also dadurch, dass durch spontane Emission das Photon richtiger Wellenlänge abgestrahlt wird (die Wellenlänge abhängig vom Energiezustand/Material, aber beim selben Energiezustand/Material immer gleich) und die stimulierte Emission nur mit der einen Wellenlänge stattfinden kann?

2.Die Absorption und Energieniveauänderung kann nur mit bestimmen Wellenlängen stattfinden und die spontan/stimuliert emittierte Strahlung hat genau die Wellenlänge um ein Atom von E1 auf E2 zu heben, da E0 unter E1 liegt würde es das Atom auf E1.5 oder etwas in der Art heben, da dies aber kein möglicher Energiezustand ist wird das Photon auch nicht absorbiert? Aber was passiert dann bei einem Zusammenprall?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8582

SeekerofWisdom · Anmeldungsdatum: 25.11.2014 Beiträge: 5

Naja, das Atom ist ja angeregt weil sich eines seiner Elektronen im höheren Zustand befindet weil es das Photon absorbiert hat. Es wird doch dann absorbiert wenn Elektron und Photon zusammenstoßen, wenn aber die Wellenlänge des Photons nicht genau passt um auf ein höheres Niveau zu kommen was passiert dann? Bzw, um das zu differenzieren:
-Fall1: Photon hat zuwenig Energie um von E0 auf E1 zu kommen
-Fall2: Photon hat die Energie um von E0 über E1 aber unter E2 zu kommen
Was passiert dann jeweils, was geschieht mit eventueller Restenergie und kann man überhaupt so einfach sagen dass es E0,1,2 gibt oder kann man dawischen immer weitere Niveaus finden?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8582

Es passiert gar nicht, das Photon fliegt einfach weiter als ob das Atom nicht da wäre. Da es nicht absorbiert werden kann, "sieht" es das Atom quasi nicht.

SeekerofWisdom · Anmeldungsdatum: 25.11.2014 Beiträge: 5

Das heißt ja dann auch, dass beim optischen Pumpen mit einer Lampe, deren Frequenz 400-800nm beträgt, nur ein sehr sehr kleiner Teil der Energie zum Pumpen benutzt würde,weswegen man oft Lampen mit geringerem Frequenzspektrum nimmt, richtig?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8582

SeekerofWisdom · Anmeldungsdatum: 25.11.2014 Beiträge: 5

Klasse, dann ist mir jetzt alles klar, vielen herzlichen Dank und schönen Abend noch smile

Gruß,
SeekerofWisdom