3.3. Gerjesztési módszerek

Az aktív közegben a lézerek működéséhez szükséges populáció inverziót optikai pumpálással (koherens, inkoherens), elektronütközéssel (rugalmas, rugalmatlan) vagy kémiai reakciókkal érhetjük el.

a) Optikai pumpálás

A gerjesztésre alkalmazott fényforrás típusától függően beszélhetünk koherens, vagy széles spektrumú (inkoherens) pumpálásról.

Inkoherens pumpálás nagyteljesítményű fényforrásokat alkalmaznak (pl. Xe villanólámpa jól alkalmazható a széles abszorpciós vonalakkal rendelkező folyadék és szilárdtest lézerek esetén). A lézerközeg megvilágítására különböző geometriákat alkalmaznak. A fényforrás elhelyezhető a lézerközeggel párhuzamosan , vagy spirálisan köré tekerve (helikális elrendezés). A gerjesztő fény hatékonyabban felhasználható és homogénebb gerjesztés érhető el, ha a lámpa fényét optikai leképezéssel vetítik az aktív közegbe. Például egy ellipszis keresztmetszetű henger egyik fókuszvonalába helyezik a lámpát, míg a másik fókuszba az aktív közeget teszik. Ilyen módszerrel a kibocsátott fény akár 90%-át hasznosítani lehet.

	3.2. ábra   Helikális és leképezéses optikai pumpálási geometriák

Koherens gerjesztés során a populáció inverzió létrehozására egy másik lézer fényét használják fel. A módszer jó hatásfokú pumpálást tesz lehetővé kis abszorpciós sávszélességű lézerközegek esetén is. Ilyenek például a N₂ lézerrel gerjesztett festéklézerek, vagy a diódalézerekkel pumpált szilárdtest lézerek. Attól függően, hogy a gerjesztő nyaláb egy vonalba esik, vagy éppen merőleges a lézerfényre longitudinális, vagy transzverzális gerjesztésről beszélünk.

	3.3. ábra   Longitudinális és transzverzális lézeres gerjesztési sémák

b) Elektromos gerjesztés

Az elektromos pumpálást gázlézerek és félvezető lézerek esetében alkalmazzák, de a folyamat nagymértékben eltér ezen két lézertípus esetén. 

	3.4. ábra  Longitudinális és transzverzális kisüléses gerjesztés.

Gázlézerek esetén a kisülési csőben nagyfeszültséggel felgyorsított elektronok ütköznek az általában alacsony nyomású aktív gáz atomjaival, molekuláival, melyek ezáltal gerjesztett állapotba kerülnek. Sok esetben (pl. He-Ne, CO₂ lézer) a pumpálás egy többlépcsős folyamat: az elektronütközés során a lézercső gázkeverékében jelen levő ún. puffer gázok kerülnek gerjesztett állapotba és ezek másodlagos ütközés során átadják az energiájukat a  lézerfotonok kibocsátásáért felelős atomoknak/molekuláknak.  Attól függően, hogy a kisülés milyen irányú a kialakuló lézernyalábhoz képest,  longitudinális és transzverzális elektromos gerjesztésről beszélhetünk. 

A félvezető lézereknél a gerjesztési folyamat tulajdonképpen az elektron-lyuk párok létrehozását jelenti elektromos feszültség által.

c) Kémiai lézerek

A populáció inverzió valamilyen, igen hevesen lejátszódó kémiai reakció eredményeképpen jön létre, azaz a reakciógázokban lévő kémiai energia alakul át koherens sugárzássá. Például:

F+H₂ --> HF*+H

A fluór molekulák szétbontását általában UV besugárzással, elektromos kisüléssel vagy nagy energiájú elektronsugárral valósítják meg. A tartós lézerműködés fenntartásához egy olyan reakciólánc szükséges, melynek végén a beindításhoz szükséges anyag is keletkezik. A H-F lézer esetén ez teljesül is:

F+H₂ --> HF*+H    -->    H+F₂ --> HF*+F    -->    F+H₂ --> HF*+H    -->     …..

A H-F lézer működési hullámhossztartománya: 2,6-3,5 μm. Impulzusüzemben, elektronsugaras gerjesztéssel 2000 J energiájú, kb. 70 GW teljesítményű impulzusokat is le tud adni!