理想的な 3 準位系のエネルギー準位を図に示す。この系では、レーザー下準位 E1 が基底準位と同じであり、下準位には常に原子数分布が存在している。 また、レーザー上準位 E2 の上に広いバンド幅をもった励起準位 E3 が存在している。効率よく反転分布を形成するには、励起準位 E3 の寿命が短く、なおかつ励起準位 E3 からレーザー上準位 E2への非放射遷移の緩和時間 τ32 が、励起準 位 E3 から基底準位 E1へ戻る寿命に比べて十分短い必要がある。これにより、励起光を強くしても励起準位 E3 から基底準位 E1 の誘導放出はほとんど起こらず、反転分布を実現できる。この状態でレーザー上準位 E2 から基底準位 E1 への誘導放出を利用することでレーザーが発振する。

chapter1-07

図:3準位系の概念図。 (a) エネルギー準位図、(b) 反転分布状態

 

この励起準位に励起された原子数のうち、レーザー上準位に遷移する割合は励起量子効率 ηp と呼び次式で 定義される。

1.2.6

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