Inversion

Der Laserübergang findet zwischen zwei bestimmten Energieniveaus oder Enerigeniveaugruppen, dem oberen (E2) und unteren (E1) Laserniveau statt. Wesentlich für den Laserbetrieb ist, dass zwischen diesen beiden Energieniveaus ein sogenannter Inversionszustand erreicht wird: das energetisch höher gelegene Niveau muss stärker besetzt sein als das energetisch tieferliegende Niveau.  In Systemen im thermodynamischen Gleichgewicht ist diese Bedingung nie erfüllt. Das thermische Gleichgewicht ist gerade dadurch ausgezeichnet, dass das untere Niveau immer stärker besetzt ist als das obere. Laser müssen also fern ab vom thermodynamischen Gleichgewichtszustand betrieben werden.

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Zum Erreichen des Inversionszustands sind neben den beiden eigentlichen Laserniveaus weitere Niveaus notwendig. So ist das untere Laserniveau in den wenigsten Fällen der Grundzustand und gepumpt wird in der Regel über sogenannte Pumpniveaus, die energetisch über dem oberen Laserniveau liegen.