Umbral de potencia de la bomba

La potencia de umbral de bombeo del láser se refiere a la potencia de bombeo cuando se alcanza el umbral del láser. En este momento, la pérdida en el resonador láser es igual a la ganancia de pequeña señal. Existen umbrales de potencia similares en otras fuentes de luz, como los láseres Raman y los osciladores paramétricos ópticos.

Figura 1. Salida versus potencia de entrada en un láser bombeado ópticamente. La potencia umbral de la bomba es de 5 W y la eficiencia de pendiente es del 50 %. Cabe señalar que la curva por debajo del umbral de potencia de la bomba también está ligeramente hinchada debido al efecto de la emisión espontánea amplificada.

Para los láseres bombeados ópticamente, la potencia de bombeo umbral se puede definir como la potencia de bombeo de entrada o la potencia de bombeo absorbida. Para las aplicaciones, la potencia de la bomba de entrada está más preocupada. Pero para juzgar la eficiencia de ganancia del medio de ganancia, la potencia de bombeo absorbida es más útil.
La potencia de umbral de bomba baja se puede obtener cuando la pérdida de cavidad del resonador es baja y la eficiencia de ganancia es alta. Las eficiencias de alta ganancia se obtienen típicamente con medios de ganancia de área de campo de modo pequeño con un producto Ï-Ï alto (sección transversal de emisión y producto de vida útil de nivel superior). El producto Ï-Ï está limitado por el ancho de banda de transmisión. Por lo tanto, los medios de ganancia de banda ancha tienden a tener umbrales de láser más altos.
Para un medio de ganancia de láser cuádruple simple, podemos calcular el umbral de potencia de la bomba con una fórmula:

donde Irt es la pérdida en el resonador, hvp es la energía fotónica de la fuente de la bomba, A es el área del haz en el cristal láser, ηp es la eficiencia de la bomba, Ï2 es el nivel superior de vida útil y Ïem es el tamaño de la sección transversal de emisión.
Para una potencia de bombeo determinada, la optimización de la potencia de salida del láser normalmente implica un compromiso entre una alta eficiencia de pendiente y una potencia de umbral de láser baja. En la mayoría de los casos, la potencia de la bomba en estado de funcionamiento es varias veces la potencia umbral de la bomba. La elección de la potencia umbral óptima de la bomba es uno de los parámetros del diseño del láser.
La curva de potencia de salida versus potencia de bombeo láser no siempre es tan simple como la que se muestra en la Figura 1. Por ejemplo, en láseres con alta pérdida de resonador, el umbral de potencia de bombeo se define extrapolando la linealidad aproximada de la curva a alta potencia a cero bajo La curva.
Hay láseres especiales, como los láseres de un solo átomo, que no tienen umbral de emisión de láser y, por lo tanto, se denominan láseres sin umbral.