La Potencia umbral de bombeo del láser se refiere a la Potencia de bombeo cuando se cumple el umbral del láser. En este momento, la pérdida en el resonador láser es igual a la pequeña ganancia de señal. Potencia umbral similar está presente en otras fuentes de luz, como láseres Raman y osciladores de parámetros ópticos.
Figura 1. La relación entre la Potencia de salida y la Potencia de entrada del láser de bombeo óptico. La Potencia umbral de bombeo es de 5w y la eficiencia de pendiente es del 50%. Cabe señalar que la curva de potencia por debajo del umbral de bombeo también se expande ligeramente debido a los efectos de las emisiones espontáneas amplificadas.
Para los láseres de bombeo óptico, la Potencia de bombeo umbral se puede definir como la Potencia de bombeo de entrada o la Potencia de bombeo absorbida. Para las aplicaciones, la Potencia de la bomba de entrada es más preocupante. Sin embargo, para juzgar la eficiencia de ganancia del medio de ganancia, la Potencia de bombeo absorbida es más útil.
Cuando la pérdida de la cavidad del resonador es baja y la eficiencia de ganancia es alta, se puede obtener una baja potencia umbral de bombeo. La eficiencia de alta ganancia se obtiene generalmente con un medio de ganancia de área de campo de modo pequeño con un producto de alta Sigma - Tau (sección transversal de emisión y producto de vida avanzada). El producto Sigma - Tau está limitado por el ancho de banda de transmisión. Por lo tanto, los medios de ganancia de banda ancha tienden a tener un umbral láser más alto.
Para un medio simple de ganancia láser cuádruple, podemos calcular la Potencia umbral de bombeo utilizando la siguiente fórmula:
Entre ellos, irt es la pérdida en el resonador, hvp es la energía fotónica de la fuente de bombeo, a es el área del haz de luz en el cristal láser, ηp es la eficiencia del bombeo, Tau 2 es la vida útil del nivel superior de energía y Sigma em es el tamaño de la sección transversal de emisión.
Para una potencia de bombeo dada, la optimización de la Potencia de salida láser generalmente implica un compromiso entre la eficiencia de alta pendiente y la Potencia umbral láser baja. En la mayoría de los casos, la Potencia de la bomba en estado de funcionamiento es varias veces mayor que la Potencia umbral de la bomba. La elección de la Potencia umbral de bombeo óptima es uno de los parámetros del diseño del láser.
La curva de relación entre la Potencia de salida y la Potencia de bombeo láser no siempre es tan simple como se muestra en la figura 1. Por ejemplo, en un láser con alta pérdida de resonador, la Potencia de bombeo umbral se define extrapolando aproximadamente linealmente la curva inferior a la alta potencia a cero debajo de la curva.
Hay láseres especiales, como los láseres monoatómicos, que no tienen umbral láser, por lo que se llaman láseres sin umbral.
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