Prahový výkon čerpadla

Prahový výkon čerpání laseru se vztahuje k výkonu čerpání, když je splněn práh laseru. V tomto okamžiku se ztráta v laserovém rezonátoru rovná zisku malého signálu. Podobné prahové výkony existují v jiných světelných zdrojích, jako jsou Ramanovy lasery a optické parametrické oscilátory.

Obrázek 1. Výkon versus příkon v opticky čerpaném laseru. Prahový výkon čerpadla je 5 W a účinnost svahu je 50 %. Je třeba poznamenat, že křivka pod prahovým výkonem čerpadla je také mírně nafouknutá v důsledku účinku zesílené spontánní emise.

U opticky čerpaných laserů může být prahový výkon čerpadla definován buď jako vstupní výkon čerpadla, nebo jako absorbovaný výkon čerpadla. U aplikací jde spíše o výkon vstupního čerpadla. Ale pro posouzení účinnosti zesílení média zesílení je užitečnější absorbovaný výkon čerpadla.
Nízký prahový výkon čerpadla lze získat, když je ztráta dutiny rezonátoru nízká a účinnost zesílení je vysoká. Vysoké účinnosti zisku se typicky dosahují s médiem se ziskem oblasti malého režimu s vysokým Ï-Ï produktem (průřez emisí a produkt s vyšší úrovní životnosti). Produkt Ï-Ï je omezen šířkou přenosového pásma. Proto širokopásmová média se ziskem mívají vyšší prahové hodnoty laserového záření.
Pro jednoduché médium se čtyřnásobným ziskem laseru můžeme vypočítat prahový výkon čerpadla pomocí vzorce:

kde Irt je ztráta v rezonátoru, hvp je fotonová energie zdroje čerpadla, A je plocha paprsku v krystalu laseru, ηp je účinnost čerpadla, Ï2 je životnost horní úrovně a Ïem je velikost emisního průřezu.
Pro daný výkon čerpadla zahrnuje optimalizace výstupního výkonu laseru obvykle kompromis mezi vysokou účinností sklonu a nízkým prahovým výkonem laseru. Ve většině případů je výkon čerpadla v pracovním stavu několikanásobkem prahového výkonu čerpadla. Volba optimálního prahového výkonu čerpadla je jedním z parametrů návrhu laseru.
Křivka výstupního výkonu versus výkon laserové pumpy není vždy tak jednoduchá, jak je znázorněno na obrázku 1. Například u laserů s vysokou ztrátou rezonátoru je prahový výkon pumpy definován extrapolací přibližné linearity křivky při vysokém výkonu na nulu pod křivka.
Existují speciální lasery, jako jsou jednoatomové lasery, které nemají práh laseru, a proto se nazývají bezprahové lasery.