Inversione di popolazione: differenze tra le versioni
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m Sostituzioni standard: inversione accenti, composti di «che» |
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A questo punto un atomo che si trova sul livello 2 può decadere con emissione spontanea allo stato fondamentale, rilasciando un fotone di frequenza ν<sub>21</sub> (dato da ''E''<sub>2</sub>-''E''<sub>1</sub> = ''h''ν<sub>21</sub>), decadimento indicato con la lettera ''L'' nel diagramma, che prende il nome di ''transizione laser'' . Se la vita media di questa transizione, τ<sub>21</sub> è maggiore del tempo di vita medio della transizione non radiativa 3→2 τ<sub>32</sub> (se τ<sub>21</sub> >> τ<sub>32</sub>), la popolazione dell'''E''<sub>3</sub> sarà fondamentalmente 0 (''N''<sub>3</sub> ≈ 0) e la popolazione dello stato eccitato sarà accumulata nel livello 2 (''N''<sub>2</sub> > 0). Se più della metà degli ''N'' atomi può essere accumulata in questo stato, questo diventerà maggiore rispetto quella dello stato fondamentale ''N''<sub>1</sub>. Una inversione di popolazione (''N''<sub>2</sub> > ''N''<sub>1</sub> ) è così stata ottenuta tra i livelli 1 e 2, e l'amplificazione ottica alla frequenza ν<sub>21</sub> può iniziare.
===Sistemi a quattro livelli di energia===
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[[Immagine:Population-inversion-4level.png|frame|right|Diagramma di un laser a quattro livelli.]]
In questo caso ci troviamo a lavorare con quattro livelli di energia, di energia ''E''<sub>1</sub>, ''E''<sub>2</sub>, ''E''<sub>3</sub>, ''E''<sub>4</sub>, e popolazione ''N''<sub>1</sub>, ''N''<sub>2</sub>, ''N''<sub>3</sub>, ''N''<sub>4</sub>, rispettivamente. Le energie di ciascun livello sono prese così che ''E''<sub>1</sub> < ''E''<sub>2</sub> < ''E''<sub>3</sub> < ''E''<sub>4</sub>.
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.
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,
Da notare che sia nei sistemi a tre livelli che in quelli a quattro, l'energia della transizione di pompaggio è maggiore rispetto a quella della transizione laser. Questo comporta che, se un laser è pompato otticamente, la frequenza della luce pompante deve essere maggiore di quella risultante dalla luce laser. In altre parole, la lunghezza d'onda del pompaggio è più piccola della lunghezza d'onda del laser. E' possibile però in alcuni medium usare l'assorbimento multiplo di fotoni tra differenti transizioni a bassa energia per arrivare al livello di pompaggio: i laser che utilizzano questo tipo di soluzione prendono il nome di laser ''ad alta conversione''.
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