Terskel pumpeeffekt

Laserens pumpeterskeleffekt refererer til pumpekraften når laserterskelen er oppfylt. På dette tidspunktet er tapet i laserresonatoren lik småsignalforsterkningen. Lignende terskelkrefter finnes i andre lyskilder, for eksempel Raman-lasere og optiske parametriske oscillatorer.

Figur 1. Output versus input power i en optisk pumpet laser. Pumpeterskeleffekten er 5W og hellingseffektiviteten er 50 %. Det skal bemerkes at kurven under pumpeterskeleffekten også er litt oppblåst på grunn av effekten av forsterket spontan emisjon.

For optisk pumpede lasere kan terskelpumpeeffekten defineres som enten inngående pumpeeffekt eller absorbert pumpeeffekt. For applikasjoner er inngående pumpeeffekt mer bekymret. Men for å bedømme forsterkningseffektiviteten til forsterkningsmediet, er den absorberte pumpekraften mer nyttig.
Den lave pumpeterskeleffekten kan oppnås når hulromstapet til resonatoren er lavt og forsterkningseffektiviteten er høy. Høy forsterkningseffektivitet oppnås vanligvis med media med liten modus feltområdeforsterkning med høyt Ï-Ï produkt (utslippstverrsnitt og levetidsprodukt på øvre nivå). Ï-Ï-produktet er begrenset av overføringsbåndbredden. Derfor har bredbåndsforsterkningsmedier en tendens til å ha høyere laserterskler.
For et enkelt firedoblet laserforsterkningsmedium kan vi beregne pumpeterskeleffekten med en formel:

der Irt er tapet i resonatoren, hvp er fotonenergien til pumpekilden, A er stråleområdet i laserkrystallen, ηp er pumpeeffektiviteten, Ï2 er levetiden på øvre nivå, og Ïem er størrelsen på utslippstverrsnittet.
For en gitt pumpeeffekt innebærer optimalisering av laserutgangseffekten typisk et kompromiss mellom høy hellingseffektivitet og lav laserterskeleffekt. I de fleste tilfeller er pumpeeffekten i arbeidstilstand flere ganger pumpeterskeleffekten. Valget av optimal pumpeterskeleffekt er en av parametrene for laserdesign.
Utgangseffekten versus laserpumpeeffektkurven er ikke alltid så enkel som vist i figur 1. For eksempel, i lasere med høyt resonatortap, defineres terskelpumpeeffekten ved å ekstrapolere den omtrentlige lineariteten til kurven ved høy effekt til null under kurven.
Det finnes spesielle lasere, som enkeltatomlasere, som ikke har noen laserterskel og derfor kalles terskelløse lasere.