激光阈值 Laser threshold

2022-11-10 13:25:29 浏览:423

定义

激光发射刚开始发生的操作条件。

激光的阈值是小信号增益刚好等于谐振器损耗的状态,因此激光发射可以刚刚开始。 对于一定的泵浦功率(阈值泵浦功率)或(对于电泵浦激光器)某个阈值电流,就是这种情况。 出色的功率输出、良好的电源效率以及稳定、低噪声的性能要求运行远高于阈值。 通常,一个人操作的激光比阈值高 3 到 10 倍。

图1:光学泵浦激光器的输出与输入功率。阈值泵功率为5 W,斜率效率为50%。 由于放大的自发发射的影响,在阈值处发生的“边缘”非常轻微的圆形。

阈值泵浦功率通常可以很容易地根据小信号往返增益达到激光波长处的往返功率损耗水平的要求来计算。 有关示例,请参阅有关阈值泵功率的文章。

低阈值功率需要低谐振器损耗和高增益效率,后者可以通过在发射带宽有限的高效增益介质中使用小激光模式区域来实现。 针对给定泵浦功率优化激光输出功率通常涉及高斜率效率和低激光阈值之间的折衷。 然而,激光性能的整体优化可能必须考虑其他方面,例如Q开关激光器中可实现的脉冲持续时间,避免锁模激光器中的Q开关不稳定,或最小化热效应。 哪个值最适合阈值泵浦功率是激光设计的问题之一。

即使工作在低于激光阈值的情况下,增益介质也会发出发光(对于光泵浦激光器,这可以称为荧光)。 高于阈值(在连续波操作中),发光的强度水平通常被钳位到接近激光阈值的值(→增益钳位)。 略低于阈值的激光已经发射出一些功率,这是由放大的自发发射产生的,并且与高于阈值的激光发射相比具有较大的带宽,但与常规发光带宽相比很小。

激光阈值的基本起源是通过发光进入大量空间模式(向所有方向传播)的功率损耗。 在某些情况下,可以通过用微腔抑制发光来获得无阈值激光。 例如,这可以根据光子晶体中的光子带隙原理来实现。

大多数激光器的泵浦功率仅为阈值泵浦功率的几倍,即泵浦参数通常为3-10量级。 这通常是一个很好的方案,因为较低的阈值不能显著提高效率,但可能会引入与例如腔内强度过高有关的问题。

激光器

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