Зависимость начального коэффициента усиления от скорости накачки.
На рис. 2.1 показана трехуровневая схема, тождественная схеме на рис. 1.9. В отличие от схемы рис. 1.9 в канале 2—1 имеют место дополнительные переходы, стимулированные излучением генерации. Вероятности этих переходов: 
(Рген — плотность генерируемого излучения).
Подставим (1.2.12) в (2.1.2) (положив для простоты 
и воспользуемся неравенством (1.2.15). В результате получим следующее выражение для начального коэффициента усиления:
Рис. 2.3
Здесь, напоминаем, 
— полное число активных центров в единице объема; 
— скорость накачки для рассматриваемой схемы. Используя связь между 
перепишем (2.1.12) в виде
где через 
обозначен множитель 
На рис. 2.2 показана зависимость 
описываемая выражением (2.1.13). Прямая 
соответствует уровню потерь. Пересечение кривой 
с осью абсцисс определяет порог по инверсии 
а пересечение с прямой 
— порог генерации 
Легко убедиться, что
Если 
то величина начального коэффициента усиления приближается к своему предельному значению
Сопоставим несколько кривых 
для разных значений 
(при этом будем полагать, что выполнено неравенство (1.2.15), предполагающее метастабильность уровня 2). На рис. 2.3 изображены четыре кривые, пронумерованные в порядке уменьшения 
. Из рисунка видно, что чем меньше 
(чем больше время жизни уровня 2), тем легче создать инверсию; однако при этом уменьшается предельное значение начального коэффициента усиления. Последнее обстоятельство как раз и отражает отмечавшуюся выше отрицательную сторону метастабильности верхнего рабочего уровня.
На рис. 2.3 проведена прямая 
, определяющая уровень потерь. Можно видеть, что при значении 
отвечающем кривой 4, генерация вообще невозможна (чрезмерное уменьшение величины А 21 привело к тому, что предельное значение начального коэффициента усиления оказалось
Рис. 2.4
ниже уровня потерь). Таким образом, нижняя граница значений 
определяется величиной потерь. Согласно (2.1.14) и (2.1.10) должно выполняться условие
