Напампоўка лазера — працэс перадачы энергіі знешняй крыніцы ў рабочае асяроддзе лазера. Паглынёная энергія пераводзіць рабочыя атамы асяроддзя ва ўзбуджаны стан. Калі колькасць такіх атамаў ва ўзбуджаным стане перавышае колькасць атамаў у асноўным стане, узнікае інверсія населенасці. У гэтым стане пачынае пераважаць механізм вымушанага выпраменьвання і пачынаецца лазерная генерацыя ці ж аптычнае ўзмацненне. Для гэтага магутнасць напампоўкі павінна перавышаць парог генерацыі лазера. Энергія напампоўкі можа перадавацца актыўнаму асяроддзю, у залежнасці ад віду апошняга, у выглядзе святла, электрычнага току, энергіі хімічнай ці ядзернай рэакцый, цеплавой ці механічнай энергіі.
Класічная трохузроўневая сістэма напампоўкі рабочага асяроддзя выкарыстоўваецца, напрыклад, у рубінавым лазеры. Рубін ставіць сабой крышталь карунду Al2O3, легіраваны невялікай колькасцю іонаў хрому Cr3+, якія і з’яўляюцца крыніцай лазернага выпраменьвання. Праз уплыў электрычнага поля крышталічнай рашоткі карунду знешні энергетычны ўзровень хрому E2 расшчэплены (гл. эфект Штарка). Менавіта гэта робіць магчымым выкарыстанне неманахраматычнага выпраменьвання для напампоўкі.[1] Падчас гэтага іон пераходзіць з асноўнага стану з энергіяй E0 ва ўзбуджаны з энергіяй каля E2. У гэтым стане іон можа знаходзіцца параўнальна нядоўга (парадку 10−8 с), і амаль адразу адбываецца безвыпрамяняльны пераход на ўзровень E1, на якім іон можа знаходзіцца значна даўжэй (да 10−3 с), гэта так званы метастабільны ўзровень. Узнікае магчымасць ажыццяўлення індукаванага выпраменьвання пад уздзеяннем выпадковых фатонаў, якія выпраменьваюцца падчас спантанных пераходаў з узроўню E1 на ўзровень E0. Як толькі іонаў, якія знаходзяцца у метастабільным стане, робіцца больш, чым у асноўным, пачынаецца працэс генерацыі.[2]
Варта адзначыць, што стварыць інверсію населенасцяў іонаў хрому Cr з дапамогай наўпроставай напампоўкі непасрэдна з узроўню E0 на ўзровень E1 немагчыма. Гэтае звязана з тым, што калі паглынанне і вымушанае выпраменьванне адбываюцца між двума ўзроўнямі, то абодва гэтыя працэсы адбываюцца з аднолькавай хуткасцю, г. зн. колькасць пераходаў “уверх” E0 ->E1 роўная колькасці вымушаных пераходаў “уніз” E1->E0. Таму напампоўка ў гэтым выпадку можа толькі зраўняць населенасці абодвух узроўняў, чаго недастаткова для ўзнікнення генерацыі.[1]
У некаторых лазерах, напрыклад у неадымавым, генерацыя выпраменьвання ў якім адбываецца на іонах неадыму Nd3+, выкарыстоўваецца чатырохузроўневая схема напампоўкі. Тут між метастабільным E2 і асноўным узроўнем E0 маецца прамежкавы — рабочы ўзровень E1. Вымушанае выпраменьванне адбываецца пры пераходзе атама між узроўнямі E2 і E1. Перавага гэтай схемы заключаецца ў том, што ў гэтым выпадку лёгка выканаць умову інверснай населенасці, бо час жыцця верхняга рабочага ўзроўню (E2) на некалькі парадкаў большы за час жыцця ніжняга ўзроўню (E1), у выніку чаго атамы назапашваюцца на верхнім рабочым узроўні і хутка пакідаюць ніжні рабочы ўзровень. Гэта значна змяншае патрабаванні да крыніцы напампоўкі.[2] Акрамя таго, подобная схема дазваляе ствараць магутныя лазеры, што працуюць у бесперапынным рэжыме, што вельмі важна для некаторых ужыванняў. Аднак падобныя лазеры маюць істотны недахоп у выглядзе нізкага квантавага ККДз, які азначаецца як дзель энергіі выпрамененага фатона на энергію паглынутага фатона напампоўкі ((ηквантавое = hνвыпраменьвання/hνнапампоўкі)
Аптычная напампоўка лазера вымагае наяўнасці крыніцы святла, аптычнай сістэмы для канцэнтрацыі гэтага святла на рабочым целе лазера і ўласна рабочага цела лазера. Тып лямпы і рабочага цела лазера павінны пасаваць адзін адному па спектрах выпраменьвання і паглынання, адпаведна. У якасці крыніцы святла звычайна ўжываюць:
Аптычная напампоўка лазера, як правіла, ажыццяўляецца у бакавым напрамку да рабочага асяроддзя лазера (т. зв. папярочная напампоўка), аднак магчымая таксама напампоўка з тарца рабочага асяроддзя праз люстэрка, празрыстае для выпраменьвання напампоўкі (т. зв. падоўжная напампоўка). Лазеры з аптычнай нарампоўкай часцей за ўсё цвердацельныя (у выглядзе стрыжня з крышталя ці актываванага дамешкамі шкла) ці лазеры на фарбавальніках (у выглядзе вадкага росчыну фарбавальніку ў шкляной трубцы ці цуркі росчыну фарбавальніку («папярочная пракачка»)). Для найэфектыўнейшага выкарыстання энергіі выпраменьвання лямпа і актыўнае асяроддзе знаходзяцца у паражніне з люстранай унутранай паверхняй, якая накіроўвае большую частку святла лямпы на рабочае асяроддзе. Для магутных лазераў з лямпавай напампоўкай прадугледжваюць вадкаснае ахалоджванне. Прыстасаванне, якое улучае люстраную паражніну, рабочае асяроддзе, лямпы накачкі і трубкі ахалоджання (пры наяўнасці), часам называюць квантронам.
Напампоўка лазера выпраменьваннем іншага лазера выкарыстоўваецца, калі спектр ці магутнасць выпраменьвання патрэбнага лазера не супадае з даступнымі лазерамі. У такім выпадку выбіраюць пару з дасяжнага лазера і рабочага цела. Лазер напампоўвае рабочае цела ў сваім спектры выпраменьвання, а рабочае цела выпрамяняе у патрэбным спектры. Такі лазер выступае своесаблівым ператворнікам даўжыні хвалі выпраменьвання. Да таго ж можна павялічыць магутнасць выпраменьвання, выкарыстоўваючы для напампоўкі рабочага цела некалькі менш магутных лазераў. Разнавіднасць такіх лазераў (цвердацельны лазер з дыёднай напампоўкай, DPSS) атрымала шырокае распаўсюджванне ў выглядзе лазерных указак разнастайных колераў. Напампоўка лазерам (а не звычайным святлодыёдам) спрашчае сістэму факусіроўкі выпраменьвання напампоўкі на рабочым целе, памяншаючы габарыты і павялічваючы ККДз канструкцыі. У прамысловасці выкарыстоўваюцца магутныя валаконныя лазеры на аналагічным прынцыпе.
Непасрэдная напампоўка лазераў электрычным токам ужываецца для двух тыпаў лазераў: газавых (электрычным разрадам у рабочым целе лазера) і паўправадніковых.
Газавыя лазеры звычайна ставяць сабой шкляную трубку, запоўненую адмысловым газам ці сумессю газаў. Пад ударамі электронаў электрычнага току газавага разраду малекулы газа пераходзяць ва ўзбуджаны стан, выпускаючы атрыманую энергію ў выглядзе фатоннага выпраменьвання. Для ўзбуджэння рабочага асяроддзя такіх лазераў выкарыстоўваюцца тыя ж прыёмы, што й для падпальвання звычайных газаразрадных лямп:
Паўправадніковы лазер — паўправадніковае прыстасаванне, непасрэдна ў структуры якога ўзнікае лазернае выпраменьванне пад дзеяннем электрычнага тока. Для гэтага класа лазераў напампоўка электрычным токам является асноўным метадам.
Газадынамічны лазер складаецца з сапла, праз якое з звышгукавой хуткасцю (да 4 махаў) выходзіць перагрэты да паўтара тысяч градусаў газ. Імгненнае расшырэнне і адыябатычнае ахалоджванне газу пакідае ў газе значную колькасць малекул ва ўзбуджаным стане. Далей рабочае цела трапляе ў канструкцыю, аналагічную газавым лазерам, дзе узбуджаныя малекулы переходят у асноўны стан, удзельнічаючы ў вымушаным выпраменьванні. Часта канструкцыя такога лазера базуецца на авіяцыйных турбарэактыўных рухавіках ці ракетных рухавіках. Газадынамічны прынцып напампоўкі, нягледзячы на невысокі ККДз, можа даваць лазернае выпраменьванне звышвысокіх энергій (да мегаватаў) як у імпульсным, так і ў бесперапынным рэжыме.[6][7][8][9][10]
Лазеры з выкарыстаннем энергіі хімічнай рэакцыі — гэта разнавіднасць газавых лазераў, праз рабочую зону якіх бесперапынна пампуюцца газападобныя рэагенты. Падчас хімічнай реакции між рэагентамі ўтвараюцца малекулы ва ўзбуджаным стане, якія пераходзяць у асноўны стан з выпусканнем фатона. Газавыя лазеры могуць даваць вялікія магутнасці выпраменьвання, маючы адносна кампактныя памеры. Адна з праблем газавых лазераў — дрэнная экалагічнасць з прычыны моцнага таксічнага выхлапу.
Энергія ядравага выбуха з’яўляецца найбольш экзатычным спосабам напампоўкі лазераў. Любое рэчыва ў эпіцэнтры выбуха пераўтвараецца ў плазму, якая, астываючы, ізноў утварае атамы, але ва ўзбуджаным стане. Калі з зыходнага рэчыва папярэдне вырабіць доўгі стрыжань, то ў ім у накірунку ўздоўж восі могуць утварыцца ўмовы для ўзнікнення вымушанага выпраменьвання, генеруемага ў выніку перахода атамаў у асноўны стан. Відавочна, што падобны лазер імпульсны і аднаразовы. Велізарная энергетыка вызначае рэнтгенаўскі дыяпазон выпраменьвання.