Công suất bơm ngưỡng

Công suất ngưỡng bơm của laser đề cập đến công suất bơm khi ngưỡng laser được thỏa mãn. Tại thời điểm này, sự mất mát trong bộ cộng hưởng laser bằng với mức tăng tín hiệu nhỏ. Công suất ngưỡng tương tự tồn tại trong các nguồn sáng khác, chẳng hạn như laze Raman và bộ dao động tham số quang học.

Hình 1. Công suất đầu ra so với công suất đầu vào trong laser được bơm quang học. Công suất ngưỡng của bơm là 5W và hiệu suất dốc là 50%. Cần lưu ý rằng đường cong bên dưới công suất ngưỡng của máy bơm cũng hơi phồng lên do ảnh hưởng của phát xạ tự phát được khuếch đại.

Đối với laser được bơm quang học, công suất bơm ngưỡng có thể được định nghĩa là công suất bơm đầu vào hoặc công suất bơm hấp thụ. Đối với các ứng dụng, công suất máy bơm đầu vào được quan tâm nhiều hơn. Nhưng để đánh giá hiệu quả khuếch đại của môi trường khuếch đại, công suất bơm hấp thụ sẽ hữu ích hơn.
Công suất ngưỡng bơm thấp có thể đạt được khi tổn thất khoang của bộ cộng hưởng thấp và hiệu suất khuếch đại cao. Hiệu suất khuếch đại cao thường đạt được với phương tiện khuếch đại diện tích trường chế độ nhỏ với sản phẩm Ï-Ï cao (tiết diện phát xạ và sản phẩm tuổi thọ cấp cao hơn). Sản phẩm Ï-Ï bị giới hạn bởi băng thông truyền. Do đó, phương tiện khuếch đại băng thông rộng có xu hướng có ngưỡng phát cao hơn.
Đối với môi trường khuếch đại laser gấp bốn lần đơn giản, chúng ta có thể tính công suất ngưỡng của bơm theo công thức:

trong đó Irt là tổn thất trong bộ cộng hưởng, hvp là năng lượng photon của nguồn bơm, A là diện tích chùm tia trong tinh thể laze, ηp là hiệu suất bơm, Ï2 là thời gian tồn tại ở mức cao hơn và Ïem là kích thước của mặt cắt ngang phát xạ.
Đối với một công suất bơm nhất định, việc tối ưu hóa công suất đầu ra của laze thường liên quan đến sự thỏa hiệp giữa hiệu suất độ dốc cao và công suất ngưỡng của laze thấp. Trong hầu hết các trường hợp, công suất bơm ở trạng thái làm việc gấp nhiều lần công suất ngưỡng của bơm. Việc lựa chọn ngưỡng công suất bơm tối ưu là một trong những thông số của thiết kế laser.
Đường cong công suất đầu ra so với công suất bơm laze không phải lúc nào cũng đơn giản như trong Hình 1. Ví dụ: trong các laze có độ suy hao bộ cộng hưởng cao, ngưỡng công suất bơm được xác định bằng cách ngoại suy tuyến tính gần đúng của đường cong ở công suất cao về 0 dưới đường cong.
Có những loại laser đặc biệt, chẳng hạn như laser đơn nguyên tử, không có ngưỡng phát sáng và do đó được gọi là laser không ngưỡng.