Дворівнева схема генерації стимульованого випромінювання

Розглянемо систему, яка складається з 2 енергетичних рівнів Е₁ і Е₂, де Е₁ – основний.

В цій системі відбувається накачка на частоті переходу ω₁₂. Прирівняємо щільність накачки ρ_н=ρ₁₂. В цьому випадку рівняння балансу матиме вигляд:

.

В стаціонарному режимі В₁₂=В₂₁, тому можна записати:

, .

Зміна населеності рівнів в залежності від щільності накачки графічно можна показати:

При ρ_н=0 всі частинки знаходяться на рівні Е₁. При збільшенні щільності накачки відбувається перерозподіл населеності рівнів N₁ та N₂. При ρ_н→ ∞ населеності рівнів вирівнюються, тобто частинки порівну розподіляються по рівнях. Це явище називають просвітленням середовища, виникає ефект населеності, тобто показник поглинання К→ 0.

Якщо взяти 2 рівні з різною статистичною вагою g₁ і g₂, то отримаємо:

, .

Якщо g₂> g₁, але число частинок на рівні Е₂ стане більше, ніж на рівні Е₁, то отримаємо . Але необхідною умовою для створення інверсії населеності є . Отже, за даною схемою неможливо реалізувати квантові генератори і підсилювачі.