阈值泵浦功率 Threshold pump power

2022-10-28 14:30:11 浏览:236

定义

达到激光阈值的泵浦功率。

激光器的阈值泵浦功率是刚好达到激光阈值的泵浦功率值,通常假设处于稳态条件。此时,小信号增益等于激光谐振器的损耗。对于一些其他类型的光源,如拉曼激光器和光学参量振荡器,也存在类似的阈值。

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。

对于光学泵浦激光器,阈值泵浦功率的定义可能基于入射或吸收的泵浦功率。对于应用,入射泵浦功率可能更相关,但相对于吸收功率的阈值功率可能很有趣,例如用于判断增益介质的增益效率。

低阈值功率需要低谐振器损耗和高增益效率。后者是通过例如在具有高σ−τ乘积的增益介质中使用小激光模式区域来实现的。后者从根本上受到发射带宽的限制。因此,宽带增益介质往往具有更高的激光阈值。

对于简单的四电平激光增益介质,我们可以使用相应文章中的增益效率方程来计算阈值泵浦功率:

 lrt 室温是激光谐振器的往返功率损耗(考虑到输出耦合器损耗和寄生损耗),hνp是泵浦源的光子能量,A是激光晶体中的光束面积,ηp是泵的效率,τ2上层状态生存期和σem发射截面。假设功率损耗l室温每次往返,因此往返增益很小(例如低于20%或1 dB)。泵效率包含量子缺陷、增益介质中可能的激发损失(例如通过淬火过程)、激光束覆盖区域外损失的泵浦功率,以及(如果我们根据入射泵功率考虑泵浦阈值)泵吸收不完全的术语。

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功率之间的折衷。在典型情况下,正常运行时使用的泵功率比泵阈值功率高几倍。哪个值最适合阈值泵浦功率是激光设计的问题之一。

输出功率对激光器泵浦功率的依赖并不总是如图1所示那么简单。例如,在一些谐振器损耗高的激光器中,激光的开始可能没有那么明确。然后,有时通过将较高功率下的近似线性曲线外推到零来定义阈值泵浦功率。

有一些奇特类型的激光器,例如单原子激光器,它们没有激光阈值,因此被称为无阈值激光器。

非线性光学

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