Tröskelpumpeffekt

Laserns pumptröskeleffekt avser pumpeffekten när lasertröskeln är uppfylld. Vid denna tidpunkt är förlusten i laserresonatorn lika med den lilla signalförstärkningen. Liknande tröskeleffekter finns i andra ljuskällor, såsom Raman-lasrar och optiska parametriska oscillatorer.

Figur 1. Uteffekt kontra ineffekt i en optiskt pumpad laser. Pumptröskeleffekten är 5W och lutningseffektiviteten är 50%. Det bör noteras att kurvan under pumptröskeleffekten också är något uppblåst på grund av effekten av förstärkt spontan emission.

För optiskt pumpade lasrar kan tröskelpumpens effekt definieras som antingen den ingående pumpeffekten eller den absorberade pumpeffekten. För applikationer är ingående pumpeffekt mer oroad. Men för att bedöma förstärkningseffektiviteten hos förstärkningsmediet är den absorberade pumpeffekten mer användbar.
Den låga pumptröskeleffekten kan erhållas när kavitetsförlusten i resonatorn är låg och förstärkningseffektiviteten är hög. Hög förstärkningseffektivitet erhålls vanligtvis med media med liten fältarea med hög Ï-Ï produkt (emissionstvärsnitt och livslängdsprodukt på övre nivå). Ï-Ï-produkten begränsas av sändningsbandbredden. Därför tenderar media med bredbandsförstärkning att ha högre lasringströsklar.
För ett enkelt fyrdubbel laserförstärkningsmedium kan vi beräkna pumptröskeleffekten med en formel:

där Irt är förlusten i resonatorn, hvp är fotonenergin för pumpkällan, A är strålarean i laserkristallen, ηp är pumpens effektivitet, Ï2 är den övre nivåns livslängd och Ïem är storleken på emissionstvärsnittet.
För en given pumpeffekt innebär optimering av laserns uteffekt typiskt en kompromiss mellan hög lutningseffektivitet och låg lasertröskeleffekt. I de flesta fall är pumpeffekten i arbetsläge flera gånger pumptröskeleffekten. Valet av den optimala pumptröskeleffekten är en av parametrarna för laserdesign.
Kurvan för uteffekt kontra laserpumpseffekt är inte alltid så enkel som den som visas i figur 1. Till exempel, i lasrar med hög resonatorförlust definieras tröskelpumpens effekt genom att extrapolera kurvans ungefärliga linjäritet vid hög effekt till noll under kurvan.
Det finns speciella lasrar, som enatomslasrar, som inte har någon lasrtröskel och därför kallas tröskellösa lasrar.