Насыщение усиления в двухуровневой схеме.
Рассмотрим для определенности активную среду, создаваемую при инжекции тока через 
-переход [446]. Пусть инверсная населенность создается между двумя резкими уровнями. Тогда уравнение баланса (15.12) примет вид
где
Вводя безразмерные величины
из (1,5.17)-(15.20) находим
Если 
формулы (15.22) — (15.24) переходят в (14.59), (14.60) и (14.64). Коэффициент усиления станет отрицательным. Если 
а
то 
обращается в нуль. Минимальный ток, при котором 
назовем током инверсии (§ 21):
При 
, если 
Если ввести обозначение 
и для простоты предположить, что 
то из (15.24) получим
Как видно из (15.26), кус изменяется от 
до 
Нижний предел 
достигается при 
Значение кус 
реализуется при некотором 
Характерно, что даже в рассмотренном здесь простейшем случае зависимость коэффициента усиления от интенсивности света достаточно сложна и не выражается формулами (13.20) или (14.11).
На основании приведенных в этом параграфе расчетов и результатов работ [242, 433, 435, 442—446] можно сделать
следующие выводы. Зависимости коэффициентов поглощения и усиления в полупроводниках от интенсивности возбуждения в общем случае простыми функциями в явном виде не выражаются.
Решить задачу аналитически удается только для нескольких определенных схем энергетических уровней полупроводника. Для собственных и компенсированных полупроводников при невырожденном распределении носителей заряда по уровням энергии насыщение поглощения описывается формулой (14.11), которая для области малых значений 
дает зависимость 
Если имеется вырождение по электронам или дыркам вследствие легирования полупроводника или дополнительного возбуждения, то насыщение поглощения или усиления можно приближенно аппроксимировать формулой (13.20), где а уменьшается с увеличением степени легирования и уровня возбуждения полупроводника. При больших плотностях радиации к обратно пропорционально 5 независимо от механизма рекомбинации.
Поглощение света свободными носителями значительно усложняет зависимость коэффициента межзонного поглощения от интенсивности возбуждения. При определенном соотношении между параметрами функция 
становится немонотонной: с ростом 5 значение 
вначале увеличивается, затем уменьшается. Если 
то 
стремится не к нулю, а к некоторому конечному значению [446].
Вопрос о насыщении поглощения (усиления) для случая, когда не успевает установиться равновесное распределение частиц по возбужденным уровням (неоднородное уширение спектральной линии), рассматривался в работе [447], посвященной газовым лазерам, и в [448] для экситон-фононного спектра полупроводника. В обоих случаях получена приближенная формула
Дополнительные сведения по эффектам насыщения и методика эксперимента будут рассмотрены в § 17.
