Сохранность ионов на более высоком энергетическом уровне может быть достигнуто за счет ограничения потока ионов на нижний уровень. Таким образом, необходимо предотвратить вынужденную эмиссию.
С помощью модуляторов света, способных генерировать высокую оптическую мощность при переходе между выключенным и включенным состояниями, мы предотвращаем распространение света внутри резонатора лазера.
При излучательном переходе единственным возможным переходом на нижний уровень является спонтанное излучение (см. рис. 1).
Населенность уровня E2 очень значительна, потери в резонаторе резко уменьшаются, и становится возможной генерация. Вынужденное излучение становится преобладающим, и лазер резко начинает излучать. Все накопленные в верхнем уровне ионы опускаются вниз, испуская индуцированное излучение - фотоны (см. рис. 2).
В данный момент вынужденное излучение невозможно, и резонатор опорожняется за счет возникающих потерь выходного зеркала (см. рис. 3).
Резкое изменение количества фотонов в резонаторе приводит к излучению импульса с высокой пиковой мощностью. Обычно требуется несколько отражений между двумя зеркалами, чтобы полностью опустошить верхний уровень и "дырки". Таким образом, ширина импульса будет больше, чем время перехода и прохождения резонатора. При длине менее одного метра можно генерировать наносекундные импульсы. Частота повторения варьируется от нескольких сотен Гц до нескольких сотен кГц.
Добротность лазерного резонатора описывает его способность накапливать энергию света в виде стоячих волн. Фактор Q представляет собой отношение между накопленной и потерянной энергией после каждого кругового прохода через резонатор. Фактически устройство с модулятором добротности представляет собой оптический модулятор, способный управлять потерями энергии в резонаторе, как правило, с частотой повторения от 1 до 100 кГц [1].