miniaturadeimagen|350x350px|Una cabeza de láser rubí. La foto de la izquierda muestra la cabeza desensamblada, revelando la cavidad de bombeo, la varilla y las lámparas de destello. La foto de la derecha muestra la cabeza ensamblada. El bombeo láser es la transferencia de energía desde una fuente externa hacia el medio activo de un láser. La energía es absorbida en el medio, produciendo estados excitados en sus átomos. Cuándo el número de las partículas en un estado excitado supera el número de partículas en el estado fundamental o un estado menos excitado, se consigue la inversión de población. En esta condición, el mecanismo de emisión estimulada puede tener lugar y el medio puede actuar como un láser o un amplificador óptico. La potencia de la bomba debe ser superior al umbral láser (lasing threshold) del láser.
La energía de la bomba es normalmente proporcionada en forma de luz o de corriente eléctrica, pero se han usado fuentes más exóticas, tales como reacciones químicas o reacciones nucleares.
Bombeo óptico
Bombeo de cavidades Un láser bombeado con una lámpara de arco o una lámpara de destellos (flashlamp) es normalmente bombeado a través de la pared lateral del medio láser, el cual se encuentra a menudo en la forma de una varilla de cristal (crystal rod) que contiene una impureza metálica o un tubo de vidrio que contiene un tinte líquido, en una condición conocida como "bombeo lateral" (side pumping). Para utilizar la energía de la lámpara más eficientemente, las lámparas y el medio láser están contenidas en una cavidad reflectante que redirigirá la mayoría de la energía de la lámpara a la varilla o celda de tinte. miniaturadeimagen|300x300px|Varias configuraciones de cavidad de bombeo de láser. En la configuración más común, el medio activo es en la forma de una varilla localizada en un foco de una cavidad reflejada, que consiste de una sección transversal elíptica perpendicular al eje de la varilla. La lámpara de destellos es un tubo localizado en el otro foco de la elipse. A menudo el recubrimiento del espejo se escoge para que refleje las longitudes de onda que son más cortas que la salida láser mientras absorbe o transmite longitudes de onda que son iguales o más largas para minimizar la lente térmica. En otros casos, se usa un absorbente para las longitudes de ondas más largas. A menudo, la lámpara está rodeada por una chaqueta cilíndrica llamada tubo de flujo (flow tube). Este tubo de flujo es normalmente hecho de un vidrio que absorberá las longitudes de onda inadecuadas, como ultravioletas, o proporcionará un camino para agua de enfriamiento la cual absorbe infrarrojos. A menudo, a la chaqueta se le da un recubrimiento dieléctrico que refleja longitudes de onda inadecuadas de regreso a la lámpara. Esta luz es absorbida y algo de ella es reemitida en longitudes de onda adecuadas. El tubo de flujo también sirve para proteger la varilla en el caso de una falla violenta de la lámpara.
Las elipses más pequeñas crean menos reflejos, (una condición llamada "close-coupling", acoplamiento cercano), dando una intensidad más alta en el centro de la varilla.Solid-state laser engineering by Walter Koechner – Springer-Verlag 1965 Page 376 Para una sola lámpara de destellos, si la lámpara y la varilla son de igual diámetro, una elipse que es el doble de ancha que su altura es usualmente la más eficiente para captar la luz en la varilla. La varilla y la lámpara son relativamente largas para minimizar el efecto de pérdidas en los extremos y para proporcionar una longitud suficiente del medio activo. Las lámparas de destello más largas son también más eficientes para transferir energía eléctrica a la luz debido a una impedancia más alta. Aun así, si la varilla es demasiado larga en relación con su diámetro una condición llamada "prelasing" (pre-láser) puede ocurrir, agotando la energía de la varilla antes de que pueda acumularse correctamente.Solid-state laser engineering by Walter Koechner – Springer-Verlag 1965 Page 192 Los extremos de la varilla suelen estar cubiertos con antirreflejantes o ser cortados en el ángulo de Brewster para minimizar este efecto.Solid-state laser engineering by Walter Koechner – Springer-Verlag 1965 Page 194 Espejos planos son también utilizados con frecuencia en los extremos de la cavidad de la bomba para reducir pérdidas.Solid-state laser engineering by Walter Koechner – Springer-Verlag 1965 Page 368-376
Las variaciones en este diseño utilizan espejos más complejos compuestos de formas elípticas superpuestas, para permitir que múltiples lámparas de destello bombeen a una sola varilla. Esto permite mayor potencia, pero son menos eficientes porque no toda la luz se refleja correctamente en la varilla, lo que ocasiona un aumento en pérdidas térmicas. Estas pérdidas pueden ser minimizadas al utilizar una cavidad de acoplamiento cerrado. Este enfoque puede dar paso a un bombeo más simétrico, incrementando la calidad del haz.Solid-state laser engineering by Walter Koechner – Springer-Verlag 1965 Page 368-376
Otra configuración utiliza una varilla y una lámpara de destellos (flashlamp) en una cavidad hecha de un material reflectante difuso, tales como el spectralon o el sulfato de bario pulverizado. Estas cavidades son a menudo circulares u oblongas, ya que enfocar la luz no es un objetivo principal. Esto no acopla la luz tan bien en el medio activo, ya que la luz se refleja muchas veces antes de alcanzar la varilla, pero a menudo requiere menos mantenimientos que los reflectores metalizados.Solid-state laser engineering by Walter Koechner – Springer-Verlag 1965 Page 368-373 El mayor número de reflexiones es compensado con la mayor reflectividad del medio difuso: 99% comparado con el 97% para un espejo de oro. Este enfoque es más compatible con varillas sin pulir o lámparas múltiples.
Los modos parásitos ocurren cuando los reflejos se generan en direcciones distintas a lo largo de la longitud de la varilla, lo que puede consumir la energía que de otro modo estaría disponible para el haz. Esto puede ser un problema particular si el cañón de la varilla está pulido. Las varillas láser cilíndricas admiten modos de gabinete de secretos debido a la reflexión interna total entre la varilla y el agua de enfriamiento, los cuales se reflejan continuamente alrededor de la circunferencia de la varilla. Los modos de tubos de luz pueden reflejarse a lo largo de la varilla en una trayectoria en zigzag. Si la varilla tiene un revestimiento antirreflectante, o está sumergida en un fluido que coincide con su índice de refracción, puede reducir drásticamente estos reflejos parásitos. Así mismo, si el cañón de la varilla es rugoso/áspero (escarchado), o ranurado, los reflejos internos pueden dispersarse.Solid-state laser engineering by Walter Koechner – Springer-Verlag 1965 Page 193-194
El bombeo con una sola lámpara tiende a enfocar la mayor parte de la energía en un lado, empeorando el perfil del haz. Es común para las varillas tener un cañón rugoso, para dispersar la luz, proporcionando una distribución de luz más uniforme a lo largo de la varilla. Esto permite una mayor absorción de energía a lo largo del medio activo para un mejor modo transversal. Un tubo de flujo áspero o un reflector difuso, aunque conducen a una eficiencia de transferencia más baja, ayudan a incrementar este efecto, mejorando la amplificación.Solid-state laser engineering by Walter Koechner – Springer-Verlag 1965 Page 380-381
Para los materiales que alojan a los láseres se escogen aquellos que tengan baja absorción; únicamente los dopantes absorben. Por tanto, cualquier luz a frecuencias no absorbidas por el dopaje volverá a la lámpara y recalentará el plasma, acortando la vida útil de la lámpara.
Bombeo de la lámpara de destellos miniaturadeimagen|300x300px|Lámparas de bombeo láser. Las tres en la parte superior son lámparas de destellos de xenón ientras que la del fondo es una lámpara de arco de kriptón. miniaturadeimagen|200x200px|Se utilizó un disparo externo en esta descarga extremadamente rápida. Debido a su muy alta velocidad, (3.5 microsegundos), la corriente no es sólo incapaz a calentar completamente el xenón y llenar el tubo, sino que aún está en contacto directo con el vidrio. miniaturadeimagen|262x262px|Las salidas espectrales para lámparas de destello usan varios gases, a una densidad de corriente cercana a la de la radiación de cuerpo gris Las lámparas de destello <i>(flashlamps)</i> fueron las primeras fuentes de energía para láseres. Se utilizan para altas energías pulsadas en láseres de estado sólido y de colorante. Producen un espectro ancho de luz, causando que la mayoría de la energía sea desperdiciada como calor en el medio activo. Las lámparas de destello (flashlamps) también tienden a tener una vida útil corta. El primer láser consistía de una lámpara de destellos helicoidal que rodeaba a una varilla de rubí.
Las lámparas de destello de cuarzo son el tipo más común utilizado en láseres, y, en energías bajas o altas tasas de repetición, pueden operar a temperaturas tan altas como 900 °C. Para potencias promedio o tasa de repetición más altas se requiere enfriamiento por agua. El agua normalmente tiene que lavar no solamente a través de la longitud de arco de la lámpara, sino a través de la porción del eletrodo del vidrio también. Lámparas de destello enfriadas por agua son usualmente fabricadas con el vidrio encogido alrededor del electrodo para permitir un enfriamiento directo del tungsteno. Si se deja al electrodo calentar mucho más que la expansión térmica del vidrio, se puede agrietar el sello.
La vida útil de la lámpara depende principalmente del régimen energético utilizado para la lámpara en particular. Las bajas energías dan lugar a la pulverización catódica, que puede remover material del cátodo y redepositarlo en el vidrio, creando una apariencia oscura y espejada. La expectativa de vida a bajas energías puede ser bastante impredecible. Las altas energías causan la ablación de la pared, lo que no solo le da al vidrio una apariencia turbia, sino que también lo debilita estructuralmente y libera oxígeno, afectando la presión, pero en estos niveles de energía la expectativa de vida puede ser calculada con bastante precisión.
La duración del pulso también puede afectar la expectativa de vida. Los pulsos muy largos pueden arrancar grandes cantidades de material del cátodo, depositándolo en las paredes. Con pulsos muy cortos, se debe tener cuidado para asegurar que el arco está centrado en la lámpara, lejos del vidrio, evitando una seria ablación de la pared. La activación externa no es normalmente recomendada para pulsos cortos. La activación por voltaje a paso lento es normalmente utilizada para descargas extremadamente rápidas, siendo utilizados en láseres de colorante, y a menudo se combina esto con una "técnica pre-pulso", donde un pequeño destello es iniciado solo milisegundos antes del destello principal, para pre-calentar el gas para un tiempo de subida más rápido.
Los láseres de colorante a veces utilizan "bombeo axial," que consiste en una lámpara de destello en forma anular, hueca, con la cubierta exterior espejada para reflejar la luz de regreso al centro. La celda de tinte se coloca en el medio, lo que proporciona una distribución más uniforme al bombear luz, y una más eficiente transferencia de energía. La lámpara de destellos hueca también tiene una inductancia más baja que una lámpara de destellos normal, lo que proporciona una descarga de destello más corta. Raramente un diseño "coaxial" es utilizado para láseres de colorante, que consiste de una lámpara de destellos normal rodeada por una celda de tinte de forma anular. Esto provee una mejor eficiencia de transferencia, eliminando la necesidad de un reflector, pero las pérdidas por difracción pueden causar una ganancia menor."Principles of Lasers", by Orazio Svelto