Порогова потужність насоса

Порогова потужність накачування лазера відноситься до потужності накачування, коли порогове значення лазера задовольняється. У цей час втрати в лазерному резонаторі дорівнюють посиленню малого сигналу. Подібні порогові потужності існують в інших джерелах світла, таких як раманівські лазери та оптичні параметричні осцилятори.

Рисунок 1. Залежність вихідної та вхідної потужності лазера з оптичною накачкою. Порогова потужність насоса становить 5 Вт, а ефективність нахилу становить 50%. Слід зазначити, що крива нижче порогової потужності накачування також дещо завищена через ефект посиленого спонтанного випромінювання.

Для лазерів з оптичною накачкою порогова потужність накачки може бути визначена або як вхідна потужність накачки, або як поглинена потужність накачки. Для додатків вхідна потужність насоса має більше значення. Але для оцінки ефективності посилення середовища підсилення більш корисною є поглинена потужність накачування.
Низька порогова потужність накачування може бути отримана, коли втрати в резонаторі резонатора низькі, а коефіцієнт посилення високий. Висока ефективність підсилення зазвичай досягається за допомогою середовища підсилення площі поля малого режиму з високим продуктом Ï-Ï (переріз випромінювання та добуток тривалості життя верхнього рівня). Продукт Ï-Ï обмежений смугою пропускання. Таким чином, широкосмугові засоби підсилення, як правило, мають вищі пороги генерації.
Для простого чотирикратного лазерного середовища підсилення ми можемо розрахувати порогову потужність накачування за формулою:

де Irt – втрати в резонаторі, hvp – енергія фотона джерела накачування, A – площа променя в лазерному кристалі, ηp – ефективність накачування, Ï2 – час життя верхнього рівня, Ïem – розмір поперечного перерізу випромінювання.
Для заданої потужності накачування оптимізація вихідної потужності лазера зазвичай передбачає компроміс між високою ефективністю нахилу та низькою пороговою потужністю лазера. У більшості випадків потужність насоса в робочому стані в кілька разів перевищує порогову потужність насоса. Вибір оптимальної порогової потужності накачування є одним із параметрів конструкції лазера.
Крива вихідної потужності та потужності накачки лазера не завжди така проста, як показана на малюнку 1. Наприклад, у лазерах із високими втратами в резонаторі порогова потужність накачки визначається екстраполяцією приблизної лінійності кривої при високій потужності до нуля під крива.
Існують спеціальні лазери, наприклад одноатомні, які не мають порога генерації і тому називаються безпороговими.