Inversione di popolazione: differenze tra le versioni
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In questo sistema, la transizione di pompaggio '''P''' eccita gli atomi dello stato fondamentale (livello 1) entro la banda di pompaggio (livello 4). Da quest'ultimo livello, avviene un rapido decadimento non radiativo '''Ra''' al livello 3. Poichè il tempo di vita medio della transizione laser '''L''' è lungo rispetto a quello '''Ra''' (τ<sub>32</sub> >> τ<sub>43</sub>), la popolazione va aumentando sul livello 3 (che prende il nome di ''livello laser superiore''), il quale a questo punto può rilassare spontaneamente oppure per emissione stimolata al livello 2 (''livello laser inferiore''). Questo livello ha poi un rapido decadimento non radiativo '''Rb''' allo stato fondamentale.
Come prima, la presenza di una transizione di decadimento non radiativa comporta che la popolazione della banda di pompaggio si svuoti rapidamenete (''N''<sub>4</sub> ≈ 0). Analogo avviene nel livello laser inferiore con ''E''<sub>2</sub> dove gli atomi rilassano rapidamente sullo stato fondamentale, quindi (''N''<sub>2</sub> ≈ 0). Questa ultima considerazione è particolarmente importante, poichè qualunque accumulo di popolazione sul livello 3 comporterà una situazine di inversione di popolazione rispetto al livello 2. Difatti: ''N''<sub>3</sub> > 0
Poichè è necessario che solo pochi atomi vengano eccitati nel livello laser superiore per arrivare in condizioni di inversione di popolazione, un sistema laser a quattro livelli si rivela molto più efficente di un sistema a tre livelli. In termini reali, in un processo laser sono coinvolti più di quattro livelli energetici, con fenomeni di eccitazione e rilassamento più complessi tra questi livelli. In particoare la banda di pompaggio può essere costituita da più livelli energetici distinti, il che consente il pompaggio ottico del medium mediante un gran numero di lunghezze d'onda.
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