قوة مضخة العتبة

تشير طاقة عتبة الضخ لليزر إلى قوة الضخ عند استيفاء عتبة الليزر. في هذا الوقت ، الخسارة في مرنان الليزر تساوي كسب الإشارة الصغيرة. توجد قوى عتبة مماثلة في مصادر الضوء الأخرى ، مثل ليزر رامان والمذبذبات البصرية البارامترية.

الشكل 1. الإخراج مقابل طاقة الإدخال في ليزر يتم ضخه بصريًا. قوة عتبة المضخة 5 واط وكفاءة الانحدار 50٪. وتجدر الإشارة إلى أن المنحنى الموجود أسفل طاقة عتبة المضخة منتفخ قليلاً أيضًا بسبب تأثير الانبعاث التلقائي المتضخم.

بالنسبة لأشعة الليزر التي يتم ضخها بصريًا ، يمكن تعريف قدرة المضخة على أنها إما طاقة مضخة الإدخال أو طاقة المضخة الممتصة. بالنسبة للتطبيقات ، فإن طاقة مضخة الإدخال تكون أكثر قلقًا. ولكن للحكم على كفاءة الكسب لوسط الكسب ، تكون طاقة المضخة الممتصة أكثر فائدة.
يمكن الحصول على طاقة عتبة المضخة المنخفضة عندما يكون فقدان تجويف الرنان منخفضًا وكفاءة الكسب عالية. يتم الحصول على كفاءات كسب عالية بشكل نموذجي باستخدام وسائط كسب مساحة المجال ذات النمط الصغير ذات المنتج عالي البيتا (المقطع العرضي للانبعاثات والمنتج ذي المستوى الأعلى من العمر الافتراضي). المنتج Ï-مقيد بعرض النطاق الترددي للإرسال. لذلك ، تميل وسائط كسب النطاق العريض إلى الحصول على عتبات ليزر أعلى.
للحصول على وسيط كسب ليزر رباعي بسيط ، يمكننا حساب قوة عتبة المضخة باستخدام الصيغة:

حيث Irt هو الخسارة في الرنان ، hvp هي طاقة الفوتون لمصدر المضخة ، A هي منطقة الحزمة في بلورة الليزر ، Î · p هي كفاءة المضخة ، Ï 2 هي عمر المستوى العلوي ، و Ï em هو حجم المقطع العرضي للانبعاثات.
بالنسبة لقدرة المضخة المعينة ، يتضمن تحسين طاقة خرج الليزر عادةً حلاً وسطًا بين كفاءة الانحدار العالية وطاقة عتبة الليزر المنخفضة. في معظم الحالات ، تكون طاقة المضخة في حالة العمل عدة أضعاف طاقة عتبة المضخة. يعد اختيار قوة عتبة المضخة المثلى أحد معايير تصميم الليزر.
لا يكون منحنى طاقة الخرج مقابل منحنى طاقة مضخة الليزر دائمًا بهذه البساطة الموضحة في الشكل 1. على سبيل المثال ، في أجهزة الليزر ذات الفقد العالي للرنان ، يتم تحديد قدرة مضخة العتبة عن طريق استقراء الخطي التقريبي للمنحنى عند طاقة عالية إلى صفر تحت المنحنى.
هناك أنواع خاصة من الليزر ، مثل الليزر أحادي الذرة ، والتي ليس لها عتبة ليزر وبالتالي تسمى ليزر عديم الحد.