منظومات الضخ في الليزر pumping systems in laser

ان لكل وسط اسلوبا للضخ يلائمه , و يمكن ان يتم اختيار اوساط التضخيم على اساس عدد المستويات التي تتحقق بينها الانتقالات الثلاثة آنفة الذكر . و التي تدخل في اجراءات الضخ و مستوي كل منها و اختبار ما يتوفر عمليا من طرائق الضخ التي تلائمها . و هناك نوعان من منضومات الضخ تستخدم في توليد الليزر هما :-
1- نظام المستويات الثلاثة three levels system
في هذا النظام توجد ثلاثة مستويات للطاقة هي مستوى الطاقة الارضي n = 1 , و مستوى الطاقة الوسطي (مستوى شبه مستقر metastable state) n = 2 و مستوى الطاقة الاعلى n = 3
http://www.sp.phy.cam.ac.uk/~SiGe/Population%20Inversion_files/population.png
و في هذا النظام تهيج الذرات بالضخ من المستوى الارضي الى المستوى n = 3. فاذا تم اختيار الوسط , بحيث عند وصول الذرات الى المستوى n = 3 فانها تهبط بسرعة الى المستوى n = 2 اي يكون متوسط زمن العمر للمستوى n = 3 قصير جدا (10^-8 ثانية)في حين متوسط زمن العمر للمستوى شبه المستقر n = 2 اطول منه (10^-6 – 10^-2 ثانية) حسب نوع الوسط الفعال . عند توافر هذين الشرطين يمكن تحقيق التوزيع المعكوس بين n = 2 و n = 1 فيولد عندئذ الانتقال من المستوى n = 2 الى المستوى n = 1 شعاع الليزر المطلوب .

ملاحظة :- قد يختلف ترقيم تسلسل مستويات الطاقة في الشكل على الرابط اعلاه .

2- نظام المستويات الاربعة four level system
في هذا النظام تهيج الذرات بالضخ بطريقة ما من المستوى الارضي الى مستوى الطاقة الرابع , فاذا تم اختيار وسط بشكل يوفر هبوطا سريعا من مستوى الطاقة الرابع الى مستوى الطاقة الثالث و كذلك هبوطا سريعا من مستوى الطاقة الثاني الى المستوى الارضي , عندها سيتحقق التوزيع المعكوس بين مستوى الطاقة الثالث (المستوى شبه المستقر) و مستوى الطاقة الثاني حيث يولد الانتقال بينهما اشعة الليزر .
و قد يسأل المرء لماذا هذا التعقيد و زيادة عدد المستويات اللازمة لعملية الضخ .
اي ما الغرض ؟ من استخدام نظام المستويات الاربعة مادام نظام المستويات الثلاثة قادرا على توليد الليزر . يكون الجواب على هذا السؤال ان التوزيع المعكوس في نظام المستويات الاربعة يتحقق بسهولة بين المستويين الثالث و الثاني طالما كان المستوى الثاني تقريبا فارغا , لان اغلب الذرات تكون في المستوى الارضي فان اي عدد من الذرات حتى لو كان بسيطا في المستوى الثالث سيحقق شرط التوزيع المعكوس .
اما في حالة نظام المستويات الثلاثة فأن المقارنة في عدد الذرات تكون بين مستوى مملوء بالذرات هو المستوى الارضي و مستوى التهيج n = 2 مما يتطلب ضخا طاقيا شديدا لجعل عدد الذرات في المستوى الثاني اكبر من المستوى الارضي .
http://chemweb.ucc.ie/courses/RPB/CM4002/4002_L3_files/image006.jpg