Разборка самонивелирующихся строительных лазерных уровней

Оптическое усиление в лазерной усиливающей среде ( лазера или лазерного усилителя ) возникает за счет вынужденного излучения ,

когда входной свет индуцирует переходы лазерно-активных ионов из некоторого возбужденного состояния в более низкое состояние и приобретает энергию, связанную с уменьшением энергии возбуждения. Характеристики усиливающей среды существенно зависят от типа схемы энергетических уровней лазерно-активных атомов или ионов. Хотя количество вовлеченных уровней не является решающим аспектом, обычно различают глубоко различающиеся ситуации на основе упрощенных схем с тремя или четырьмя уровнями энергии. На практике среда может иметь дополнительные энергетические уровни, которые не обязательно влияют на характеристики лазера.
В простейших случаях приходится иметь дело с четко определенными энергетическими уровнями, например изолированных атомов или ионов. В твердотельных лазерных усиливающих средах ситуация несколько сложнее, включая многообразия штарковского уровня . Объяснения в этой статье начинаются с простых уровней энергии, но позже также рассматриваются многообразия штарковских уровней днс лазерный уровень.

Уже на раннем этапе стало понятно, что для лазерного усиления требуется как минимум три энергетических уровня; двух уровней недостаточно, поскольку оптическая накачка никогда не может привести к инверсии населенностей , что является требованием для положительного усиления лазера ( усиления света). Одновременное поглощение накачки и усиление сигнала в такой ситуации происходить не могут.

Гораздо более низкая пороговая мощность накачки может быть достигнута с четырехуровневой лазерной средой, где нижний лазерный уровень значительно выше основного состояния (см. рис. 2) и быстро опустошается, например, за счет многофононных переходов (в случае твердого состояние среды) или столкновениями (в газе). В идеале даже во время работы лазера не может быть заметной плотности населенности нижнего лазерного уровня, поскольку нижний лазерный уровень очень недолговечен. Таким образом в значительной степени удается избежать реабсорбции лазерного излучения (при условии отсутствия поглощения на других переходах). Это означает, что в ненакаченном состоянии поглощение активной среды отсутствует, а положительный суммарный коэффициент усиления достигается уже при достаточно малой населенности верхнего лазерного уровня. Выигрыш _обычно возрастает линейно с потребляемой мощностью насоса.