提高效率 Gain efficiency

2022-11-22 13:14:37 浏览:170

定义

光放大器每单位泵浦功率或单位存储能量的小信号增益。

放大器的增益效率可以定义为小信号增益除以在稳态下实现该增益所需的泵浦功率。 对于三电平增益介质,其中未泵浦的增益为负,使用差分增益效率(即小信号增益相对于泵浦功率的导数)更为明智。

对于脉冲操作,增益效率有时也可能指存储的能量而不是泵功率。

用于具有发射和吸收截面的激光增益介质 σem和σabs 和信号波长处的光子能量hν,以及模面积A(假设是平顶轮廓),增益对存储能量的依赖性可以简单地计算为:

提高效率 Gain efficiency

其中功率放大因数为exp(g)。 (对于四电平增益介质,σabs = 0。) 这表明,就存储能量而言,增益效率与饱和能量成反比:高激光横截面导致高增益效率,但也导致低饱和能量。

在稳态下实现一定存储能量所需的泵浦功率取决于激光跃迁的上态寿命:寿命越短,离子需要泵入上激光能级的速率就越高。 对于泵浦功率方面的差分增益效率,这导致等式

提高效率 Gain efficiency

其中ηp是泵效率,包括泵浦吸收效率、泵送过程的量子效率和量子缺陷。P坐是饱和功率,即饱和能量除以上状态寿命。

高增益效率并不总是可取的。

具有小有效模式面积的光纤放大器可以轻松达到几dB/mW的差分增益效率,特殊优化甚至超过10 dB/mW。 当需要高增益时,放大器可能需要高增益效率。 但是,在需要将高能量存储在增益介质中的情况下,例如激光器的Q开关,或者脉冲需要放大到高能量时,最好具有不太大的增益效率。

增益效率不应与功率转换效率混淆。 例如,基于激光晶体的光放大器可能具有低增益效率(由于大模式面积),但功率转换效率仍然很高。

激光物理

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