Чотири рівневі схеми генерації стимульованого випромінювання
В 4-рівневій схемі повністю розділені канали генерації та канали накачки, що дозволяє отримувати інверсію населеності при оптимальних рівнях накачки.
Ця схема є універсальною. В ній накачка переводить атоми з основного рівня Е1 на неосновний. Інверсія населеностей створюється між 3 і 2 рівнями. Необхідно, щоб рівень Е3 швидко заповнювався, а рівень Е2 швидко спустошувався.
Крім того існують переходи між рівнями 4→1, 4→2, 3→1, 1→2 та 3→4. Ці рівні приводять до зменшення інверсії і повинні бути враховані.
Інверсія населеності між рівнями Е3 та Е2 досягається в тому випадку, коли виконується наступна нерівність:
ω31*ω43>[ω42(ω32+ω34)+ω12]
В 4-рівневій схемі невелике накопичення частинок на 3-му рівні приводить до інверсії населеності, так як порогова щільність випромінювання накачки по інверсії в 4-рівневій схемі=0.
Якщо розглядати ідеальну систему, то в цьому випадку будь-яка накачка призведе до того, що будуть з’являтися частинки.
За рахунок інтенсивних вимушених переходів з випроміненням у каналі генерації 2→3 значення N3 буде зменшуватися, а значення N2 – збільшуватись.
Це призводить до накопичення коефіцієнта підсилення населеності ріанів.
ρінвн→0