Tærskelpumpeeffekt

Laserens pumpetærskeleffekt refererer til pumpeeffekten, når lasertærsklen er opfyldt. På dette tidspunkt er tabet i laserresonatoren lig med den lille signalforstærkning. Lignende tærskelkræfter findes i andre lyskilder, såsom Raman-lasere og optiske parametriske oscillatorer.

Figur 1. Output versus input effekt i en optisk pumpet laser. Pumpens tærskeleffekt er 5W, og hældningseffektiviteten er 50%. Det skal bemærkes, at kurven under pumpetærskeleffekten også er lidt opblæst på grund af effekten af ​​forstærket spontan emission.

For optisk pumpede lasere kan tærskelpumpeeffekten defineres som enten den indgående pumpeeffekt eller den absorberede pumpeeffekt. For applikationer er indgangspumpens effekt mere bekymret. Men til at bedømme forstærkningseffektiviteten af ​​forstærkningsmediet er den absorberede pumpeeffekt mere nyttig.
Den lave pumpetærskeleffekt kan opnås, når kavitetstabet i resonatoren er lavt, og forstærkningseffektiviteten er høj. Høje forstærkningseffektiviteter opnås typisk med medier med lille tilstandsfeltområdeforstærkning med højt Ï-Ï-produkt (emissionstværsnit og levetidsprodukt på øverste niveau). Ï-Ï-produktet er begrænset af transmissionsbåndbredden. Derfor har bredbåndsforstærkningsmedier en tendens til at have højere lasertærskler.
For et simpelt firdobbelt laserforstærkningsmedium kan vi beregne pumpens tærskeleffekt med en formel:

hvor Irt er tabet i resonatoren, hvp er fotonenergien i pumpekilden, A er strålearealet i laserkrystallen, ηp er pumpens effektivitet, Ï2 er levetiden på det øvre niveau og Ïem er størrelsen af ​​emissionstværsnittet.
For en given pumpeeffekt involverer optimering af laserudgangseffekten typisk et kompromis mellem høj hældningseffektivitet og lav lasertærskeleffekt. I de fleste tilfælde er pumpeeffekten i arbejdstilstand flere gange pumpetærskeleffekten. Valget af den optimale pumpetærskeleffekt er en af ​​parametrene for laserdesign.
Udgangseffekten versus laserpumpens effektkurve er ikke altid så enkel som den, der er vist i figur 1. For eksempel i lasere med højt resonatortab defineres tærskelpumpeeffekten ved at ekstrapolere kurvens omtrentlige linearitet ved høj effekt til nul under kurven.
Der findes specielle lasere, såsom enkeltatomlasere, som ikke har nogen lasertærskel og derfor kaldes tærskelløse lasere.