Із цього рівняння одержимо наступне співвідношення

,

з якого видно, що необхідна умова існування лазерної генерації k21>0, яка вимагає N2>N1, виконується тоді, коли дріб у цьому співвідношенні більше 1. Це принципово можна виконати, вибравши атом, у якого переріз збудження s2 великий і створивши газовий розряд з великими Ve і Ne.

Отже, якщо ВЛР збуджується електронним ударом, а не поглинанням світла, то лазерну генерацію можна одержати і в дворівневій атомній системі. Це твердження справедливе і для напівпровідникового лазера, в якому ВЛР збуджується електричним струмом.

В провіднику струму з електронною провідністю і осьовою симетрією (газовий розряд в трубці з радіусом r0) величина електричного струму визначається співвідношенням:

,

де j(r,j)- густина струму в точці з координатами r і j, S – площа перерізу провідника. Густина струму в провіднику

,

де ue=be×E - швидкість переміщення (прийнято говорити “швидкість дрейфу”) електронів у напрямку електричного поля (у газовому розряді від катода до анода), be - рухливість електронів (визначається хімічним складом середовища в якому горить розряд), E - напруженість електричного поля.

В об’ємі газового розряду напруженість поля і концентрація електронів не однакова. Тому доцільно користуватися величиною потужності, яка виділяється в якомусь мікрооб’ємі з координатами r і j, і вона визначається формулою:

sЕ=j(r,j)×E(r,j)=e×Ne(r,j)×be×E2(r,j),

звідси

.

Якщо газовий розряд однорідний, то , де P потужність, яка виділяється в об’ємі V електричного розряду. Якщо ж розряд неоднорідний, то sЕ є середнім значенням. Тоді концентрація електронів в розряді буде:

,

і остаточно швидкість заселення рівня

. (3.14.1)

Отже, швидкість заселення атомного рівня пропорційна густині потужності газового розряду sЕ. Тому sЕ називають густиною потужності накачки і позначають sнак.

Фізична величина sнак. характеризує значення потужності накачки, яка вводиться в одиницю об’єму активного середовища, і є характеристикою будь – якого способу накачки.

 

3.3.3. Передача збудження при зіткненнях атомів (молекул).В газовому розряді електрони можуть збуджувати одні атоми, чи молекули, а потім ці збуджені атоми при ударах з активними атомами збуджувати їхній верхній лазерний рівень. Швидкість збудження в цьому процесі залежить від швидкості молекул обох сортів і перерізу збудження , а саме:

,

де VA i VB- швидкості молекул A і B, відповідно;

- переріз збудження молекули B при ударі зі збудженою молекулою A*;

i NB - концентрації збудженої молекули A* і незбудженої – В.

Швидкість збудження молекули А описується співвідношенням (3.14.1). Отже, і в цьому процесі швидкість збудження молекули В також пропорційна потужності газового розряду.

Цей процес відіграє домінуючу роль у збудженні ВЛР в СО2 – лазері.