Трехуровневая схема работы лазеров

Для трехуровневой схемы даже с метастабильным верхним рабочим уровнем критическая мощность накачки остается достаточно значительной величиной вследствие того, что нижним уровнем является основной, существенное обеднение которого требует значительных энергозатрат. Поэтому вполне логичным выглядит переход к четырехуровневой схеме, в которой нижний рабочий уровень 4 спектрально (энергетически) отделен от основного состояния.

Следует отметить, что первый лазер на основе рубинового стержня, продемонстрированный Т. X. Майманом в 1960 году, работал по трехуровневой схеме, в то время как созданный на полгода позже А. Джаваном гелий-неоновый лазер использовал четырехуровневую схему.

Получение инверсии населенности является необходимым условием для достижения генерации излучения, но отнюдь недостаточным. Действительно, наличие в среде инверсии населенности на частоте со внешнего потока излучения достаточно для его усиления. Однако спонтанные переходы существенно снижают (если пе устраняют вообще) эффективность процесса такого усиления, поскольку никак не скоррелированы по характеристикам (прежде всего, по направлению) с внешним излучением. С репетитором или другим узким специалистом разобраться с этими процессами будет намного легче.

Испущенные при таких переходах фотоны могут инициировать вынужденные переходы, вызывая каскадное усиление (последовательное или лавинообразное, когда каждый последующий вынужденно испущенный фотон увеличивает плотность потока энергии фотонов данного сорта и, тем самым, повышает вероятность последующего вынужденного испускания фотона этого же сорта) и снижая инверсию населенности процессами, не связанными с усилением внешнего излучения.