Рис. 6.3. Схеми процесів взаємодії випромінювання з речовиною:

а — флуоресценція (люмінесценція); б — поглинання; е — примусове випромінювання

проводжується випромінюванням енергії у вигляді фотона з певною частотою (рис. 6.3, а). При поглинанні світла фотон взаємодіє з атомом (молекулою), який перебуває на нижчому енергетичному рівні (рис. 6.3, б).

Створити інверсію населеностей у системі, яка містить у собі тільки два рівні, за допомогою оптичного накачування (опромінення системи додатковим світлом) неможливо. Тому використовують системи з трьома або чотирма рівнями. У матеріалі з трирівневою системою кінцевий рівень флуоресценції є найнижчим рівнем із найменшою енергією. У чотирирівневій системі кінцевий рівень флуоресценції знаходиться вище від найнижчого рівня.

Для багатократного проходження світла крізь активне середовище і тим самим для посилення світла в лазері використовується ефект резонансу. Він реалізується в оптичному резонаторі. Активне середовище, як правило, розміщується між двома відбивними дзеркалами. Для створення резонансу необхідно, щоб між дзеркалами вміщувалось ціле число півхвиль, тобто

я\ = 1,(6.3)

де сі — відстань між дзеркалами; ц — ціле число, набагато більше від одиниці; X — довжина хвилі випромінювання.

При збудженні світловим накачуванням електрони в робочому стержні випромінюють флуоресцентне світло. Частина флуоресцентного випромінювання проходить під різними кутами до осі стержня і при виході з нього втрачається. Інша частина, яка напрямлена вздовж осі стержня, підсилюється примусовим випромінюванням при проходженні крізь стержень. Відбившись від дзеркал, частина світла пройде знову вздовж осі стержня, що призведе до підвищення інтенсивності світла. Таким чином, світло багаторазово проходить крізь об'єм стержня.

Принцип посилення світла за допомогою резонатора схематично показано на рис. 6.4.