レーザー媒質
レーザー媒質の例としては次のようなものが挙げられる。
気体:ヘリウム・ネオン混合気 (HeNe)、窒素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素 、金属蒸気。
結晶:典型的には希土類イオン(例: ネオジム、イッテルビウム、エルビウム)もしくは遷移金属イオンを含む。最もよく使われるのはイットリウム・アルミニウム・ガーネット (Y3Al5O12)、オルトバナジン酸イットリウム(英語版) (YVO4)、 サファイア (Al2O3) 、臭化セシウムカドミウム(英語版) (CsCdBr3) である。
半導体:ガリウム砒素 (GaAs)、インジウムガリウム砒素 (InGaAs)、窒化ガリウム (GaN)。
液体:色素レーザーにおいて色素の溶液が用いられる。
ガラス:レーザー活性イオンをドープしたケイ酸ガラスおよびリン酸ガラス。
ここで、 σas および σap はそれぞれ信号光とポンプ光の周波数における、実効吸光断面積(英語版)、σes および σep は、誘導放射の実効断面積、τ は高エネルギー準位の自発放射速度である。
すると、相対濃度の速度論方程式は次のように書ける。
d n 2 d t = W u n 1 − W d n 2 {\displaystyle {\frac {{\rm {d}}n_{2}}{{\rm {d}}t}}=W_{\rm {u}}n_{1}-W_{\rm {d}}n_{2}} , d n 1 d t = − W u n 1 + W d n 2 {\displaystyle {\frac {{\rm {d}}n_{1}}{{\rm {d}}t}}=-W_{\rm {u}}n_{1}+W_{\rm {d}}n_{2}}
これらの方程式は n1 + n2 = 1 を保つ。
ポンプ光周波数における吸光 A と信号光周波数における利得 G はそれぞれ次のように書ける。
A = N 1 σ p a − N 2 σ p e {\displaystyle A=N_{1}\sigma _{\rm {pa}}-N_{2}\sigma _{\rm {pe}}} , G = N 2 σ s e − N 1 σ s a {\displaystyle G=N_{2}\sigma _{\rm {se}}-N_{1}\sigma _{\rm {sa}}~}