Эффективность и техническое совершенство энергетических систем и квантовых приборов принято оценивать значениями выходной энергии, мощности, к. п.д. и квантовой эффективности. Если твердотельные лазеры оценивать по к. п. д., не учитывая их уникальные физические свойства, то они покажутся малоэффективными системами (к.п.д. лучшего рубинового или неодимового лазера не превышает 1,5%). Образно говоря, огромная река входной энергии оптической накачки превращается в хилый ручеек индуцированного излучения. Для предварительной оценки энергетических характеристик проектируемых твердотельных лазеров можно использовать методику расчета мощности лазеров, работающих в режиме свободной генерации при температуре 300 К с усреднением значений мощности по отдельным пикам спектра излучения. Энергия импульса индуцированного излучения с длительностью импульса τи для лазера, имеющего активное вещество объемом V = Sl, равна Eвых == РвыхV τи
Для оценки выходной энергии, излучаемой лазером, желательно, чтобы она была выражена через известные или измеряемые экспериментально параметры. Например, количество ионов хрома, перешедших на уровень Е2 с частотой перехода v32 при энергии оптической накачки Eh квантовой эффективности (квантовом выходе люминесценции) ηэ равно:
Число полезно излученных фотонов в рабочем переходе при N2 ~ N/2 равно (Енηэ/hV32 — Nо/2), выходная энергия
Учитывая 
значение пороговой энергии оптической накачки т. е. минимальной энергии накачки, необходимой для возбуждения аксиального типа колебаний индуцированного излучения на длине волны, распространяющейся в строго продольном направлении по оси резонатора. окончательно получим
Результаты расчетов по этой формуле согласуются с экспериментальными данными, полученными для целого ряда разработанных лазерных головок. Данная формула удобна для оценки выходной энергии твердотельных импульсных лазеров. Отношение Ен/Еo измеряется для любых систем оптической накачки в относительных величинах, превышающих пороговую энергию. Мощность генерации четырех- или трехуровневого лазера Рвых можно получить с помощью такой зависимости:
(1.6) где hvг — энергия кванта индуцированного излучения генератора, Дж; hvн — энергия кванта излучения накачки, Дж; l — длина кристалла активного вещества, см; βдис — коэффициент внутренних (диссипативных) потерь в активной среде; 
число порогов, т. е. коэффициент превышения энергии накачки Ен над пороговой энергией накачки Ео; ηэ — квантовая эффективность; mp — коэффициент, учитывающий радиационные шумы; b — коэффициент преобразования электрической энергии в лучистую (к. п. д. лампы накачки—светоотдача импульсных ламп); ηo— параметр, характеризующий долю света, падающего с отражателя на поверхность кристалла (к. п. д. оптической отражательной системы лазера); ηl — коэффициент использования излучения лампы накачки, поглощенной кристаллом.
Максимальный коэффициент усиления для перехода Е2 → Е1 при условии накопления квантовых частиц на уровне Е2 активного вещества
(1.7)
где B21 — коэффициент Эйнштейна; δ— отношение потерь (τл + βдис) к максимальному усилению Gmax.
Рассчитаем мощность рубинового лазера, имеющего следующие параметры: hvг== 2,8 • 10-12 эрг; hvн = 4 • 10-12 эрг; ηэ= 0,5; No = 1,62•1019 см-3; βдис = 0.06 см-1; X == 3; τλ = 0,1 см -1; b = 0,5; ηо = 0,5; Ео == 600 Дж; тр == 0,9; l = 6,6 см; d == 0,65 см.
Мощность импульса в режиме свободной генерации Рвых ~ 8 кВт. Энергия потока излучения, выходящего за пределы резонатора лазера за один импульс длительностью τн = 5•10-4 с, определяется как Eвых ~ 4 Дж.
Если известны следующие параметры рубинового лазера: стержень — стекло КГСС-7; SI=10 см3; No= 0,6• 1021 см-3; ηэ= 0,5; Ео == 600 Дж; тр == 0,9; l = 6,6 см; d == 0,65 см; τл /(τл + βдис)=0,7 получим мощность излучения
При трех порогах (X = 3) мощность генерации рубинового лазера Рвых ~ 6,6 кВт. Формулы (1.6) — (1.7) позволяют приближенно рассчитать энергию и мощность генерации твердотельных лазеров по выбранным параметрам резонатора и активного вещества. Некоторые характеристики, необходимые для расчета, определяют с помощью спектроскопических измерений или получают экспериментально уже в готовом образце лазера.
Выводы
В данной работе были рассмотрены различные виды охлаждающих устройств для твредтотельных лазеров.
Рациональная конструкция узлов крепления стержня активного вещества и лампы накачки, а также оптимальный выбор зазоров и сечений каналов теплоотводов позволяют повысить эффективность теплообмена, уменьшить перепад температуры в кристалле, сократить расход охлаждающей среды. Фотохимическая устойчивость, агрессивность и коррозирующее действие охлаждающих сред на материалы конструкции могут явиться причиной нарушения нормальной работы даже самой надежной системы охлаждения.
Список литературы
Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники. — Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981. —408 с.
Е.И. Антонов и др. Устройство для охлаждения приемников излучения. —Ленинград: Изд-во «Машиностроение», 248 с.