الليزر ثلاثي السويات

قبل البدء في دراسة الليزر ثلاثي السويات سوف نتطرق إلى مناقشة إمكانية الحصول على ليزر ثنائي السويات . من أجل ذلك نفرض لدينا مجموعة الذرات موجودة في سويتي طاقة E₀  و E₁  فعند اكتساب هذه الذرات لطاقة من الوسط الخارجي سوف تنتقل الإلكترونات من السوية الأساسية  E₀ إلى السوية المثارة E₁  وفي الوقت نفسه هناك احتمال أن تعود الإلكترونات من السوية المثارة إلى السوية الأساسية من خلال عملية الإصدار العفوي أو الإصدار القسري وهذا ممكن الحدوث لعدم توفر سويات طاقة أخرى يمكن للالكترونات الانتقال إليها . وكما نعلم حتى يكون عدد الفوتونات الصادرة عن عملية الإصدار القسري أكبر من عدد الفوتونات الصادرة عن عملية الإصدار العفوي يجب أن يتحقق شرط انعكاس إسكان سويات الطاقة , ولكن في حالة الذرات الثنائية السوية هذا غير ممكن في حالة التوازن وذلك لأنه دائما لدينا ازدياد في الإصدار العفوي على حساب الإصدار القسري وكذلك فإن عملية الضخ الضوئي لا تؤدي إلى تحقيق انعكاس في إسكان سويات الطاقة لأن أشعة الضخ سوف تؤدي الى امتصاص وإصدار قسري بشكل متساو أي إن : B₂₁ = B₁₂  وبالتالي يمكن تحقيق حالة الانعكاس فقط من خلال وجود سويات طاقة إضافية لأن ذلك ضوري جدا وهذا ملحوظ عند دراسة الليزرات ثلاثية السويات والليزرات رباعية السويات فنستنتج أنه من الناحية العملية لا يمكن تصميم أو الحصول على ليزر ثنائي السويات .

أما في حالة الليزر ثلاثي السويات فيوجد في الجملة ثلاث سويات للطاقة E₀ و E₁  و E₂ حيث تستطيع الالكترونات بواسطة عملية الضخ الضوئي الانتقال إلى السوية E₂  بعد امتصاصها للطاقة ويجب أن يكون عمر الحالة المثارة لهذه السوية صغيرا جدا وغالبا يكون من مرتبة  لذلك تبقى عند وجود ضخ ضوئي قوي شبه فارغة لأن زمن تواجد الالكترونات في هذه السويات قصيرا.

إذا بعد أن تصبح الالكترونات في السوية المثارة E₂ سوف يكون لها امكانيتان لإعطاء طاقتها والعودة إلى السوية الأساسية E₀ . أما الانتقال مباشرة من السوية E₂  إلى السوية E₀ وذلك عبر عملية الإصدار العفوي أو الانتقال بشكل غير مباشر من خلال الانتقال أولا إلى السوية E₁ والتي تكون شبه مستقرة وإعطاء الطاقة التي توافق الفرق في الطاقة بين السويتين   بشكل غير مشع أي على شكل حرارة إلى الوسط الخارجي . وبما أن عمر السوية E₁ أكبر من عمر السوية  E₂ يؤدي ذلك إلى ازدياد عدد الالكترونات في السوية E₁ . بعد ذلك تنتقل الالكترونات من السوية E₁ إلى السوية الأساسية E₀ بواسطة عملية الإصدار القسري وبالتالي تحقيق انتقال ليزري والحصول على أشعة ليزرية ذات طول موجة يتوافق والفرق بين السويتين E₁ و E₀ .

ولكن لتحديد أي من هذين الانتقالين ذي الأفضلية على الآخر فإن ذلك يرتبط بطبيعة وخصائص الجملة الليزرية من جهة وبعمر السويات المثارة من جهة أخرى , فعلى سبيل المثال في حالة ليزر الياقوت فإن زمن انتقال الالكترونات من E₂  إلى E₀ مباشرة من مرتبة   بينما زمن الانتقال من E₂  إلى  E₁من مرتبة    لذلك سوف ينتقل حوالي 99% من الذرات المثارة إلى السوية E₁ بينما الباقي 1% ينتقل إلى السوية الأساسية E₀ مباشرة , كما أن عمر السوية المثارة E₁ كبير جداً

 مقارنة بالسوية المثارة E₂  حيث   وهذا هو السبب في الحصول على كثافة الكترونية كبيرة في السوية E₁