ці енергій між основним і нижнім робочими рівнями. Чим більше ця різниця, тим при більш високих температурах можлива ефективна генерація. Так, наприклад, у іона Сг 3 + основний стан характеризується двома підрівнями, відстань між якими становить 0,38 см -1 . При такій різниці енергій навіть при температурі рідкого гелію (~ 4К) заселеність верхнього підрівня тільки на ~ 13 В°/ 0 менше нижнього, тобто вони заселені однаково і, отже, рубін - активне речовина з трирівневої схемою при будь-якій температурі. У іона неодиму ж нижній лазерний рівень для випромінювання при = 1,06 мкм розташований на 2000 см -1 вище основного. Навіть при кімнатній температурі на нижньому рівні іонів неодиму в 1,4 -10 4 разів менше, ніж на основному, і активні елементи, у яких в якості активатора використовується неодим, працюють за чотирирівневоїсхемою.
Напівпровідникові активні речовини відрізняються тим, що в них використовуються оптичні переходи між станами в електронних енергетичних зонах, тобто в оптичних переходах беруть участь вільні носії струму (електрони і дірки). Крім того, в напівпровідниках випромінювальні переходи можуть виникати також за рахунок домішкових центрів і екситонів. (Ексітоном називається елементарне електрично нейтральне збудження, що має характер квазічастинки в напівпровідниках і діелектриках). Якщо енергія збудження менше ширини забороненої зони, то при переході електрона з валентної зони в зону провідності може утворитися пара електрон - дірка. Електрон і дірка, утворюють таку пару, не можуть переміщатися незалежно, а перебувають у зв'язаному стані електрично нейтральною квазічастинки - екситона. Екситони мають зонний енергетичний спектр, цілий спін. Їм приписують квантові числа. p> Найбільш простими і наочними є переходи В«зона - зонаВ», коли перехід із зони провідності у валентну зону відбувається з випромінюванням фотона, а зворотний - з поглинанням.
Під впливом накачування електрон переходить з валентної зони в зону провідності, і утворюється пара електрон - дірка. Як і будь-яка система, електрон і дірка прагнуть зайняти положення, відповідне мінімальної енергії, тому електрон прагне зайняти дозволене положення біля дна зони провідності, а дірка - біля стелі валентної зони. Практично у всіх напівпровідників стану у дна зони провідності є метастабільними, і в цьому відношенні вони можуть вважатися чотирирівневої системами.
Для напівпровідників, легованих водородоподобних атомами (наприклад, атомом цинку в арсеніді галію), характерні переходи В«зона - домішкаВ». Атоми домішки швидко захоплюють надлишкові носії з близькою до них зони, так що швидкість рекомбінації через домішка порівнянна зі швидкістю міжзонної рекомбінації, і перехід здійснюється між рівнем домішки і зоною власне напівпровідника. У разі сильного легування рівні розширюються, енергія іонізації зменшується і в межі рівні повністю зливаються з власною зоною. Ш...
