レーザー媒質
レーザーを発振させるためには、レーザー媒質の電子が、反転分布と呼ばれるエネルギー分布になっている必要がある。反転分布の状態になるためには、レーザー媒質が外部からエネルギーの供給(レーザーポンピング(英語版))を受ける必要がある。ポンピングには、電流(例: 半導体レーザーや、気体レーザーにおける高圧放電)や光(放電灯や別のレーザー光源(半導体レーザー)によるもの)を用いる。よりなじみのないものとしては、高エネルギー電子線(自由電子レーザー)などもポンピングに用いられる。
レーザー媒質の効率は次のように定義できる。
E = I s G I p A {\displaystyle ~E={\frac {I_{\rm {s}}G}{I_{\rm {p}}A}}~}
このモデルの中では、 効率は次のように書くこともできる。
E = ω s ω p 1 − V / p 1 + U / s {\displaystyle ~E={\frac {\omega _{\rm {s}}}{\omega _{\rm {p}}}}{\frac {1-V/p}{1+U/s}}~}
効率的な運用のためには、ポンプ光と信号光が飽和強度を超える必要がある。
p V ≫ 1 {\displaystyle ~{\frac {p}{V}}\gg 1~} , s U ≫ 1 {\displaystyle ~{\frac {s}{U}}\gg 1~}
上述の推定は媒質が均一な信号光とポンプ光により満たされている場合に有効である。ある領域ではポンプ光が強いものの信号光への変換が対向する光との干渉の節のために効率良く行えないために起こる現象、空間的ホールバーニングにより効率が下がることもある。