ポンプ出力の閾値

レーザーの励起閾値パワーとは、レーザー閾値を満たしたときの励起パワーを指します。このとき、レーザ共振器での損失は小信号利得と等しくなります。同様のしきい値パワーは、ラマン レーザーや光パラメトリック発振器などの他の光源にも存在します。

図 1. 光ポンピングレーザーの出力と入力パワー。ポンプのしきい値電力は 5W、スロープ効率は 50% です。増幅された自然放出の影響により、ポンプ閾値パワー以下の曲線もわずかに膨らんでいることに注意してください。

光ポンピングレーザーの場合、しきい値ポンプパワーは入力ポンプパワーまたは吸収されたポンプパワーのいずれかとして定義できます。アプリケーションの場合、入力ポンプ電力がより重要になります。ただし、利得媒体の利得効率を判断するには、吸収されたポンプパワーの方が便利です。
共振器の空洞損失が低く、利得効率が高い場合、低い励起閾値電力が得られます。通常、高い利得効率は、高い Ï-Ï 積 (放射断面積と上位レベルの寿命積) を備えた小モード フィールド領域利得媒体で得られます。 Ï-Ï 積は、送信帯域幅によって制限されます。したがって、広帯域利得媒体はより高い発振閾値を持つ傾向があります。
単純な四重極レーザー利得媒体の場合、次の式でポンプしきい値パワーを計算できます。

ここで、Irt は共振器内の損失、hvp はポンプ源の光子エネルギー、A はレーザー結晶内のビーム面積、ηp はポンプ効率、Ï2 は上位レベルの寿命、Ïemは放射断面積のサイズです。
所定のポンプパワーに対して、レーザー出力パワーの最適化には通常、高いスロープ効率と低いレーザー閾値パワーとの間の妥協が必要となります。ほとんどの場合、動作状態のポンプパワーはポンプ閾値パワーの数倍です。最適なポンプしきい値パワーの選択は、レーザー設計のパラメーターの 1 つです。
出力パワー対レーザー ポンプ パワーの曲線は、必ずしも図 1 に示すものほど単純ではありません。たとえば、共振器損失が高いレーザーでは、閾値ポンプ パワーは、高パワーでの曲線の近似直線性を次の条件でゼロに外挿することによって定義されます。カーブ。
単一原子レーザーなどの特殊なレーザーには、発振閾値がないため、閾値なしレーザーと呼ばれるものがあります。