레이저발진 반전분포상태인 원자계의 매질 안에서는 천이의 스펙트럼 폭에 해당하는 주파수의 전자파가 증폭된다는 것을 알았다. 다음으로 이 같은 레이저매질이 광공진기 안에 있을 경우를 생각해 보자. 전자파가 두 개의 반사거울 사이를 왕복하면서 레이저매질을 통과하기 때문에 증폭작용이 일어난다. 증폭이 반사거울의 불완전한 반사나 레이저매질 안에서 산란으로 생기는 손실을 상회할 경우, 공진기 안에 축적되는 방사에너지는 시간이 경과하면서 증가되어 간다. 이 때문에 이득의 포화효과로 증폭률이 감소하고, 발진준위가 높아지며, 결국 포화된 이득이 손실과 같아지는 점에 이르게 된다. 이 점에서는 이득에서 손실을 공제한 실질적인 이득인자는 1이 되고, 전자파의 강도는 증가하지 않게 된다. 다시 말해, 정상 발진상태가 되는 것..

레이저 증폭에서 이득(gain)과 반전분포량의 관계에 대해서 생각해 보자. 광의 진행방향을 레이저매질의 길이 l방향으로 하고 단위면적당 광강도를 Iν, 이득계수를 γ(ν)라 하면, 광의 강도변화량은 아래의 식 관계로 표현할 수 있고, 그 해는 또한 다음과 같다. 이 된다. 레이저 작용이 준위 2와 1 사이의 유도천이에 의해서 일어난다고 할 때 원자계에서 전자파에 주어지는 단위체적당 광파워는 이 되고, 이것은 Iν의 증가량 dIν/dl과 같기 때문에 유도천이의 비를 이용하면 이득계수는 다음과 같이 표현된다. 광이 길이 l의 증폭성 매질을 일정한 이득계수로 통과한 후의 증폭도를 G라 하면 이 된다. 광의 증폭도는 이론적으로 반전분포 원자수가 많을수록, 광이 통과하는 증폭매질의 길이가 길수록 지수함수적으로 증..