Seuil de puissance de la pompe

La puissance de seuil de pompage du laser fait référence à la puissance de pompage lorsque le seuil du laser est satisfait. A ce moment, la perte dans le résonateur laser est égale au gain du petit signal. Des puissances de seuil similaires existent dans d'autres sources de lumière, telles que les lasers Raman et les oscillateurs paramétriques optiques.

Figure 1. Puissance de sortie par rapport à la puissance d'entrée dans un laser à pompage optique. La puissance de seuil de la pompe est de 5W et l'efficacité de la pente est de 50%. Il est à noter que la courbe en dessous de la puissance seuil de la pompe est également légèrement gonflée du fait de l'effet d'émission spontanée amplifiée.

Pour les lasers à pompage optique, la puissance de pompe de seuil peut être définie soit comme la puissance de pompe d'entrée, soit comme la puissance de pompe absorbée. Pour les applications, la puissance d'entrée de la pompe est plus concernée. Mais pour juger de l'efficacité du gain du milieu de gain, la puissance de pompe absorbée est plus utile.
La faible puissance de seuil de pompe peut être obtenue lorsque la perte de cavité du résonateur est faible et le rendement de gain est élevé. Des rendements de gain élevés sont généralement obtenus avec des milieux à gain de zone de champ de mode réduit avec un produit Ï-Ï élevé (section efficace d'émission et produit de durée de vie de niveau supérieur). Le produit Ï-Ï est limité par la bande passante de transmission. Par conséquent, les supports à gain large bande ont tendance à avoir des seuils d'émission laser plus élevés.
Pour un simple milieu à gain laser quadruple, nous pouvons calculer la puissance de seuil de pompe avec une formule :

où Irt est la perte dans le résonateur, hvp est l'énergie des photons de la source de pompage, A est la surface du faisceau dans le cristal laser, λp est l'efficacité de la pompe, Ï2 est la durée de vie du niveau supérieur et Ïem est la taille de la section efficace d'émission.
Pour une puissance de pompe donnée, l'optimisation de la puissance de sortie du laser implique généralement un compromis entre une efficacité de pente élevée et une faible puissance de seuil laser. Dans la plupart des cas, la puissance de la pompe à l'état de fonctionnement est plusieurs fois supérieure à la puissance de seuil de la pompe. Le choix de la puissance de seuil de pompe optimale est l'un des paramètres de conception du laser.
La puissance de sortie en fonction de la courbe de puissance de pompe laser n'est pas toujours aussi simple que celle illustrée à la figure 1. Par exemple, dans les lasers à forte perte de résonateur, la puissance de pompe seuil est définie en extrapolant la linéarité approximative de la courbe à haute puissance à zéro sous la courbe.
Il existe des lasers spéciaux, tels que les lasers à atome unique, qui n'ont pas de seuil laser et sont donc appelés lasers sans seuil.