Drempel pompvermogen

Het pompdrempelvermogen van de laser verwijst naar het pompvermogen wanneer aan de laserdrempel is voldaan. Op dit moment is het verlies in de laserresonator gelijk aan de kleine signaalversterking. Vergelijkbare drempelvermogens bestaan ​​in andere lichtbronnen, zoals Raman-lasers en optische parametrische oscillatoren.

Figuur 1. Uitvoer versus ingangsvermogen in een optisch gepompte laser. Het pompdrempelvermogen is 5W en het hellingsrendement is 50%. Opgemerkt moet worden dat de curve onder het pompdrempelvermogen ook enigszins opgeblazen is vanwege het effect van versterkte spontane emissie.

Voor optisch gepompte lasers kan het pompdrempelvermogen worden gedefinieerd als het ingangspompvermogen of het geabsorbeerde pompvermogen. Voor toepassingen is het ingangspompvermogen meer van belang. Maar om de versterkingsefficiëntie van het versterkingsmedium te beoordelen, is het opgenomen pompvermogen nuttiger.
Het lage pompdrempelvermogen kan worden verkregen wanneer het holteverlies van de resonator laag is en de versterkingsefficiëntie hoog. Hoge versterkingsrendementen worden doorgaans verkregen met versterkingsmedia met een klein veldgebied en een hoog Ï-Ï product (emissiedwarsdoorsnede en levensduurproduct op het hoogste niveau). Het Ï-Ï-product wordt beperkt door de zendbandbreedte. Daarom hebben breedbandversterkingsmedia vaak hogere laserdrempels.
Voor een eenvoudig viervoudig laserversterkingsmedium kunnen we het pompdrempelvermogen berekenen met een formule:

waarbij Irt het verlies in de resonator is, hvp de fotonenergie van de pompbron is, A het bundeloppervlak in het laserkristal is, ηp het pomprendement is, Ï2 de levensduur op het hoogste niveau is en Ïem is de grootte van de emissiedwarsdoorsnede.
Voor een gegeven pompvermogen houdt optimalisatie van het laseruitgangsvermogen typisch een compromis in tussen een hoog hellingsrendement en een laag laserdrempelvermogen. In de meeste gevallen is het pompvermogen in werkende toestand meerdere malen het pompdrempelvermogen. De keuze van het optimale pompdrempelvermogen is een van de parameters van het laserontwerp.
De curve van uitgangsvermogen versus laserpompvermogen is niet altijd zo eenvoudig als weergegeven in figuur 1. In lasers met een hoog resonatorverlies wordt bijvoorbeeld het drempelpompvermogen gedefinieerd door de geschatte lineariteit van de curve bij hoog vermogen te extrapoleren naar nul onder de bocht.
Er zijn speciale lasers, zoals single-atom lasers, die geen laserdrempel hebben en daarom drempelloze lasers worden genoemd.