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Yb シリカガラスのエネルギー準位から簡単なレート方程式を導出し、基本的な動作解析を行う。基底状態2F7/2と励起状態2F5/2に存在する Yb3+ イオンの密度をそれぞれ N1、N2、Yb3+ イオンの添加量 (単位体積当たりのイオンの数) を N とすると、
となる。定常状態におけるレート方程式は次式で表される。
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