Prahový výkon čerpadla

Prahový výkon lasera sa vzťahuje na výkon čerpania, keď je splnený prah lasera. V tomto čase sa strata v laserovom rezonátore rovná malému zosilneniu signálu. Podobné prahové výkony existujú v iných svetelných zdrojoch, ako sú Ramanove lasery a optické parametrické oscilátory.

Obrázok 1. Výstup verzus príkon v opticky čerpanom laseri. Prahový výkon čerpadla je 5 W a účinnosť svahu je 50 %. Treba poznamenať, že krivka pod prahovým výkonom čerpadla je tiež mierne nafúknutá v dôsledku účinku zosilnenej spontánnej emisie.

Pre opticky čerpané lasery môže byť prahový výkon čerpadla definovaný buď ako vstupný výkon čerpadla, alebo ako absorbovaný výkon čerpadla. Pri aplikáciách ide skôr o výkon vstupného čerpadla. Ale na posúdenie účinnosti zosilnenia zosilňovacieho média je užitočnejší výkon absorbovaného čerpadla.
Nízky prahový výkon čerpadla možno dosiahnuť, keď je strata dutiny rezonátora nízka a účinnosť zosilnenia je vysoká. Vysoké účinnosti zosilnenia sa zvyčajne dosahujú s médiami so zosilnením oblasti poľa s malým režimom s vysokým Ï-Ï produktom (prierez emisií a produkt vyššej úrovne životnosti). Produkt Ï-Ï je obmedzený šírkou prenosového pásma. Širokopásmové ziskové médiá majú preto tendenciu mať vyššie prahové hodnoty laserového žiarenia.
Pre jednoduché médium so štvornásobným ziskom lasera môžeme vypočítať prahový výkon pumpy pomocou vzorca:

kde Irt je strata v rezonátore, hvp je fotónová energia zdroja pumpy, A je plocha lúča v laserovom kryštáli, ηp je účinnosť pumpy, Ï2 je životnosť hornej úrovne a Ïem je veľkosť emisného prierezu.
Pre daný výkon čerpadla optimalizácia výstupného výkonu lasera typicky zahŕňa kompromis medzi vysokou účinnosťou sklonu a nízkym prahovým výkonom lasera. Vo väčšine prípadov je výkon čerpadla v prevádzkovom stave niekoľkonásobok prahového výkonu čerpadla. Voľba optimálneho prahového výkonu čerpadla je jedným z parametrov konštrukcie lasera.
Krivka výkonu verzus výstupný výkon laserovej pumpy nie je vždy taká jednoduchá, ako je znázornená na obrázku 1. Napríklad v laseroch s vysokou stratou rezonátora je prahový výkon pumpy definovaný extrapoláciou približnej linearity krivky pri vysokom výkone na nulu pod krivka.
Existujú špeciálne lasery, ako sú jednoatómové lasery, ktoré nemajú prah lasera, a preto sa nazývajú bezprahové lasery.