斜率效率 Slope efficiency

2022-10-26 15:24:28 浏览:329

定义

激光器的差功率效率。

光学泵浦激光器的一个重要特性是其斜率效率(或差分效率),定义为通过绘制激光输出与泵浦功率的曲线斜率(图1)。在许多情况下,该曲线接近线性,因此将斜率效率规范为单个数字是有意义的。激光器的输出功率与阈值泵浦功率 P千对于给定的泵功率Pp(高于该阈值)可以简单地用以下等式计算:

请注意,斜率效率可以根据入射泵功率或吸收的泵功率来定义。为了比较功率效率,通常比较斜率效率相对于入射功率是公平的,以便考虑泵的吸收效率。然而,在某些情况下,基于吸收泵功率的值是有用的,例如,用于判断增益介质的固有效率。

图 1:激光作用只发生在泵浦功率超过一定阈值的地方。对于较高的泵功率,输出功率通常呈线性上升趋势。该线的斜率称为斜率效率。

斜率效率也可以为其他类似激光的设备定义,如拉曼激光器和光学参数振荡器。

对于电泵浦激光器,原则上可以定义相对于电泵功率或泵浦电流的斜率效率,在后一种情况下,获得W / A的单位。然而,该术语通常用于光学泵浦激光器。

影响斜率效率的因素

在简单情况下(例如,对于某些二极管泵浦YAG激光器),斜率效率主要由以下因素的乘积决定:

  • 泵吸收效率
  • 激光与泵浦光子能量(→量子缺陷的比率)
  • 增益介质的量子效率
  • 激光谐振器的输出耦合效率

对于灯泵浦激光器,由于难以确定激光晶体中吸收的泵浦功率分数,位置依赖性提取效率和复杂的光谱依赖性,因此很难计算斜率效率。

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阈值泵浦功率之间的权衡。最佳情况通常是泵功率是阈值泵功率的几倍,并且斜率效率降低到通过更强的输出耦合度可达到的值以下。

输出功率与泵功率的非线性依赖性

尽管系统中存在某些非线性,但在激光器中经常发现输出功率和输入功率之间的线性关系(如上所示的等式所示)。例如,一个人可能有一定量的饱和泵吸收。然而,往返增益“箝位”为0 dB通常抑制这种非线性的影响,通常还通过箝位上状态群体(沿增益介质中的传播方向平均)。结果,泵浦吸收不能再超过激光阈值更强的饱和度。

然而,非线性曲线可能在某些情况下发生,例如,由于增益介质的准三级特性与激励密度的横向再分布相结合,或者在具有实质性热效应的情况下。例如,如果增益介质在高泵功率下变热,则可能会发生热翻转,这会降低功率转换效率。激光甚至可能因泵浦功率过高而停止工作,例如,由于过多的热透镜效应而离开激光谐振器的稳定区时。

在这种非线性曲线的情况下,斜率效率通常由一些近似线性的部分确定。或者,可以将差斜率效率定义为输出功率相对于泵功率的导数。

虽然简单的线性依赖性通常会导致简单的激光模型,但在使用更复杂的模型时,可能会发现或多或少的非线性依赖性。例如,基于谐振器中平顶光束的准三电平激光器的简单模型可能显示出线性依赖性,并且只有在完全处理横向尺寸时才能获得一些非线性。

在某些情况下,例如对于光学参数振荡器,在某些情况下,相对于入射泵功率的差斜率效率甚至可能远远超过100%。

激光器

作          者: 泮桥成像光电商城

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