Квантовый выход и коэффициент полезного действия лазера.
Выбор схемы уровней активного центра и метода накачки в существенной мере влияет на величину коэффициента полезного действия (КПД) лазера.
Предположим, что активный центр описывается схемой из четырех уровней (четырехуровневая модель лазера; рис. 1.1). На рисунке: 0 — основной уровень, 1 и 2 — соответственно нижний и верхний рабочие уровни, 3 — уровень, заселяющийся под действием накачки (уровень возбуждения). Допустим, что вся мощность накачки поглощается активными центрами и перечеркнутые на рисунке переходы не имеют места. В этом идеальном случае КПД лазера оказывается максимальным; он равен отношению
энергии 
высвечиваемого фотона к энергии Евозб, затраченной на возбуждение одного активного центра:
Величину к) называют квантовым выходом лазера.
В действительности не вся мощность накачки поглощается активными центрами. Часть мощности рассеивается, а часть поглощается неактивными частицами. Поэтому в выражении для КПД лазера должен быть множитель, характеризующий долю мощности накачки, поглощаемую активными центрами; обозначим эту долю через у. Кроме того, не все возбуждаемые активные центры попадут на верхний рабочий уровень 2; часть из них перейдет с уровня
3 сразу на уровень 1 или уровень 0 (см. на рис. 1.1 переходы, перечеркнутые однократно). В результате в выражении для КПД лазера появится множитель, характеризующий долю поглощенной активными центрами мощности накачки, затраченную на «полезное» возбуждение, т. е. на возбуждение тех активных центров, которые попадают в итоге на уровень 2. Обозначим эту долю через 
Наконец, не все активные центры, оказавшиеся на уровне 2, пройдут через рабочий переход; часть из них перейдет с уровня 2 сразу на уровень 0 (двукратно перечеркнутый переход на рис. 1.1). В результате выражение для КПД лазера пополнится еще одним множителем — отношением числа активных центров, прошедших через рабочий переход, к числу активных центров, возбужденных на уровень 2. Обозначим это отношение через 
Таким образом, выражение для КПД лазера принимает вид
При увеличении доли мощности накачки, поглощаемой активными центрами, увеличивается множитель у в (1.1.5). Применяя активные среды, где маловероятны «паразитные» переходы типа тех, которые показаны на рис. 1.1 как перечеркнутые, можно увеличить множители 
и 
в (1.1.5). Заметим, что в рассмотренном на рис. 1.1 примере накачка отличается высокой селективностью (избирательностью) — она обусловливает заселение только уровня 3. При использовании накачки с меньшей степенью селективности может происходить заселение также, например, уровня 1; это будет приводить к уменьшению множителя 
в (1.1.5).
