Ισχύς αντλίας κατωφλίου

Η ισχύς κατωφλίου άντλησης του λέιζερ αναφέρεται στην ισχύ άντλησης όταν το όριο λέιζερ ικανοποιείται. Αυτή τη στιγμή, η απώλεια στον συντονιστή λέιζερ είναι ίση με το κέρδος μικρού σήματος. Παρόμοιες δυνάμεις κατωφλίου υπάρχουν και σε άλλες πηγές φωτός, όπως τα λέιζερ Raman και οι οπτικοί παραμετρικοί ταλαντωτές.

Σχήμα 1. Ισχύς εξόδου έναντι ισχύος εισόδου σε ένα οπτικά αντλούμενο λέιζερ. Η ισχύς κατωφλίου της αντλίας είναι 5W και η απόδοση κλίσης είναι 50%. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η καμπύλη κάτω από την ισχύ του κατωφλίου της αντλίας είναι επίσης ελαφρώς διογκωμένη λόγω της επίδρασης της ενισχυμένης αυθόρμητης εκπομπής.

Για λέιζερ με οπτική άντληση, η οριακή ισχύς της αντλίας μπορεί να οριστεί είτε ως η ισχύς της αντλίας εισόδου είτε ως η απορροφούμενη ισχύς της αντλίας. Για εφαρμογές, η ισχύς της αντλίας εισόδου ενδιαφέρεται περισσότερο. Αλλά για να κριθεί η απόδοση απολαβής του μέσου απολαβής, η απορροφούμενη ισχύς της αντλίας είναι πιο χρήσιμη.
Η χαμηλή ισχύς κατωφλίου της αντλίας μπορεί να επιτευχθεί όταν η απώλεια κοιλότητας του συντονιστή είναι χαμηλή και η απόδοση απολαβής είναι υψηλή. Υψηλές αποδόσεις απολαβής επιτυγχάνονται συνήθως με μέσα απολαβής περιοχής πεδίου μικρής λειτουργίας με προϊόν υψηλού Ï-Ï (διατομή εκπομπών και προϊόν διάρκειας ζωής ανώτερου επιπέδου). Το προϊόν Ï-Ï περιορίζεται από το εύρος ζώνης μετάδοσης. Επομένως, τα ευρυζωνικά μέσα κέρδους τείνουν να έχουν υψηλότερα όρια lasing.
Για ένα απλό μέσο τετραπλής απολαβής λέιζερ, μπορούμε να υπολογίσουμε την ισχύ του κατωφλίου της αντλίας με έναν τύπο:

όπου Irt είναι η απώλεια στον συντονιστή, hvp είναι η ενέργεια φωτονίων της πηγής αντλίας, A είναι η περιοχή δέσμης στον κρύσταλλο λέιζερ, ηp είναι η απόδοση της αντλίας, Ï2 είναι η διάρκεια ζωής του ανώτερου επιπέδου και Ïem είναι το μέγεθος της διατομής εκπομπής.
Για μια δεδομένη ισχύ αντλίας, η βελτιστοποίηση της ισχύος εξόδου λέιζερ συνήθως περιλαμβάνει έναν συμβιβασμό μεταξύ της υψηλής απόδοσης κλίσης και της χαμηλής ισχύος κατωφλίου λέιζερ. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η ισχύς της αντλίας στην κατάσταση λειτουργίας είναι αρκετές φορές η ισχύς του κατωφλίου της αντλίας. Η επιλογή της βέλτιστης ισχύος κατωφλίου αντλίας είναι μία από τις παραμέτρους του σχεδιασμού λέιζερ.
Η ισχύς εξόδου έναντι της καμπύλης ισχύος αντλίας λέιζερ δεν είναι πάντα τόσο απλή όσο αυτή που φαίνεται στο Σχήμα 1. Για παράδειγμα, σε λέιζερ με υψηλή απώλεια αντηχείου, η ισχύς κατωφλίου της αντλίας ορίζεται με παρέκταση της κατά προσέγγιση γραμμικότητας της καμπύλης σε υψηλή ισχύ σε μηδέν κάτω από η καμπύλη.
Υπάρχουν ειδικά λέιζερ, όπως τα λέιζερ ενός ατόμου, που δεν έχουν κατώφλι λέιζερ και γι' αυτό ονομάζονται λέιζερ χωρίς κατώφλι.