Пороговая мощность насоса

Пороговая мощность накачки лазера относится к мощности накачки, когда порог лазера удовлетворяется. В это время потери в резонаторе лазера равны коэффициенту усиления слабого сигнала. Аналогичные пороговые мощности существуют и в других источниках света, таких как рамановские лазеры и параметрические генераторы света.

Рисунок 1. Выходная мощность в зависимости от входной мощности в лазере с оптической накачкой. Пороговая мощность накачки 5 Вт, крутизна КПД 50%. Следует отметить, что кривая ниже пороговой мощности накачки также несколько вздута из-за эффекта усиленного спонтанного излучения.

Для лазеров с оптической накачкой пороговая мощность накачки может быть определена либо как входная мощность накачки, либо как поглощенная мощность накачки. Для приложений более важна входная мощность насоса. Но для оценки коэффициента усиления усиливающей среды более полезной является поглощенная мощность накачки.
Низкая пороговая мощность накачки может быть получена, когда потери в резонаторе малы, а эффективность усиления высока. Высокая эффективность усиления обычно достигается с помощью усиливающих сред с малой площадью поля моды и высоким произведением Ï-Ï (сечение излучения и произведение верхнего уровня срока службы). Произведение Ï-Ï ограничено пропускной способностью передачи. Следовательно, широкополосные среды усиления обычно имеют более высокие пороги генерации.
Для простой четверной лазерной усиливающей среды мы можем рассчитать пороговую мощность накачки по формуле:

где Irt — потери в резонаторе, hvp — энергия фотонов источника накачки, A — площадь пучка в лазерном кристалле, ηp — эффективность накачки, Ï2 — время жизни верхнего уровня, Ïem – размер сечения излучения.
Для заданной мощности накачки оптимизация выходной мощности лазера обычно включает компромисс между высокой дифференциальной эффективностью и низкой пороговой мощностью лазера. В большинстве случаев мощность накачки в рабочем состоянии в несколько раз превышает пороговую мощность накачки. Выбор оптимальной пороговой мощности накачки является одним из параметров конструкции лазера.
Кривая зависимости выходной мощности от мощности накачки лазера не всегда так проста, как показано на рис. 1. Например, в лазерах с большими потерями в резонаторе пороговая мощность накачки определяется путем экстраполяции приблизительной линейности кривой при Кривая.
Существуют специальные лазеры, например одноатомные лазеры, которые не имеют порога генерации и поэтому называются беспороговыми лазерами.