Ouverture numérique et saut d'indice
Les niveaux d'énergie représentent l'état d'excitation énergétique d'un électron externe des atomes de terre rare. Les atomes, par absorption ou émission d'énergie, peuvent donc passer d'un niveau à l'autre. Le passage du niveau |1> aux niveaux |2> et |3> se fait par absorption d'un photon. L'énergie absorbée est 
dans le premier cas, et 
dans le second. Le passage du niveau |2> au niveau |1> se fait par émission d'un photon. L'énergie libérée est . Cette émission de photon peut être stimulée ou spontanée. Dans le cas de l'émission stimulée, après avoir été excité par un photon, va en émettre un autre, qui va s'additionner au premier, et sera de même longueur d'onde. Dans les deux cas, le temps d'émission sera de l'ordre de 10ms pour l'Erbium.
Le passage du niveau |1> au niveau |2> ne nous intéresse pas dans la modélisation du laser, et nous cherchons à limiter cette action, qui a pour effet de diminuer le gain.
Le passage du niveau |3> au niveau |2> se fait par émission d'un phonon. Cette émission est très rapide par rapport à la précédente, puisque de l'ordre de la nanoseconde, voire de la picoseconde. Il n'est donc pas absurde, plus tard, de négliger la population du niveau |3>, puisqu'elle ne sera jamais élevée, en comparaison à celles des deux autres niveaux.
Les 4 changements de niveaux d'énergie utilisés pour modéliser un laser
Spectres d'absorption et d'émission