增益效率

2021-02-23 10:15:24 浏览:870

定义

光学放大器中单位泵浦功率或单位储存能量对应的小信号增益。

放大器的增益效率被定义为在稳态的增益时,小信号增益与泵浦功率强度的比值。对于三能级增益介质,通常采用微分增益效率,也就是小信号增益对泵浦光功率的微分。增益效率优势也针对的是储存的能量而不是泵浦功率。

如果一个增益介质的辐射和吸收截面分别为 σem and σabs ,信号光子能量为hv,模式面积为A(假设为光束为平顶形状),增益与储存能量之间的关系可以简单表示为:

这里功率放大系数为exp(g)。(对于四能级增益介质,σabs = 0.)这表明用储存能量表示的增益效率与饱和能量成反比,高的激光截面得到高的增益效率,但是饱和能量低。

在稳态获得特定储存能量所需要的泵浦光功率依赖于激光跃迁时上能态寿命:寿命越短,离子被泵浦到上能级的速率就需要更高。增益效率与泵浦光的微分得到下面方程:

这里 ηp 为泵浦效率,包括泵浦吸收效率,泵浦过程的量子效率和量子缺陷。 Psat 是饱和功率,是饱和能量与上能态寿命的比值。

光纤放大器具有很小的有效模式面积,因此非常容易就能得到几个dB/mW的微分量子效率,采用一些优化过程可以超过10dB/mW。当放大器需要得到很高的增益时,高的增益效率是很必要的。但是在需要将很多能量储存到增益介质中时,则不需要非常大的增益效率,例如对于调Q激光器,或者脉冲需要被放大到很高能量的情形。

参阅:增益、饱和能量、放大器

放大器

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