Soglia potenza pompa

La potenza di soglia di pompaggio del laser si riferisce alla potenza di pompaggio quando la soglia del laser è soddisfatta. In questo momento, la perdita nel risonatore laser è uguale al guadagno del piccolo segnale. Poteri di soglia simili esistono in altre sorgenti luminose, come i laser Raman e gli oscillatori ottici parametrici.

Figura 1. Uscita rispetto alla potenza in ingresso in un laser pompato otticamente. La potenza di soglia della pompa è di 5 W e l'efficienza della pendenza è del 50%. Da notare che anche la curva al di sotto della potenza di soglia della pompa risulta leggermente gonfiata per effetto dell'emissione spontanea amplificata.

Per i laser pompati otticamente, la potenza della pompa di soglia può essere definita come la potenza della pompa in ingresso o la potenza della pompa assorbita. Per le applicazioni, la potenza della pompa di ingresso è più preoccupante. Ma per giudicare l'efficienza di guadagno del mezzo di guadagno, la potenza della pompa assorbita è più utile.
La bassa potenza di soglia della pompa può essere ottenuta quando la perdita di cavità del risonatore è bassa e l'efficienza del guadagno è elevata. Efficienze ad alto guadagno sono in genere ottenute con mezzi di guadagno di area di campo di piccola modalità con prodotto ad alto σ-τ (sezione trasversale di emissione e prodotto di durata di livello superiore). Il prodotto Ï-Ï è limitato dalla larghezza di banda di trasmissione. Pertanto, i mezzi di guadagno a banda larga tendono ad avere soglie laser più elevate.
Per un semplice mezzo di guadagno laser quadruplo, possiamo calcolare la potenza di soglia della pompa con una formula:

dove Irt è la perdita nel risonatore, hvp è l'energia del fotone della sorgente della pompa, A è l'area del raggio nel cristallo laser, ηp è l'efficienza della pompa, Ï2 è la durata del livello superiore e Ïem è la dimensione della sezione d'urto di emissione.
Per una data potenza della pompa, l'ottimizzazione della potenza di uscita del laser comporta tipicamente un compromesso tra alta efficienza di pendenza e bassa potenza di soglia del laser. Nella maggior parte dei casi, la potenza della pompa nello stato di funzionamento è molte volte superiore alla potenza di soglia della pompa. La scelta della potenza di soglia ottimale della pompa è uno dei parametri della progettazione del laser.
La potenza di uscita rispetto alla curva di potenza della pompa laser non è sempre così semplice come quella mostrata nella Figura 1. Ad esempio, nei laser con un'elevata perdita di risonatore, la potenza della pompa di soglia viene definita estrapolando la linearità approssimativa della curva ad alta potenza a zero sotto la curva.
Esistono laser speciali, come i laser a singolo atomo, che non hanno soglia laser e sono quindi chiamati laser senza soglia.