래싱 임계값

래싱 임계값은 레이저의 출력이 자발적 방출이 아닌 자극된 방출에 의해 지배되는 최저 흥분 수준이다. 문턱 아래로 갈수록 레이저의 출력 파워는 흥분도가 높아지면서 천천히 상승한다. 임계값을 초과하면 출력의 기울기 대 출력은 더 큰 순서다. 레이저 방출의 선폭도 임계값보다 작은 크기의 순서가 된다. 문턱 위로는 레이저가 라싱하고 있다고 한다. 라싱(lasing)이라는 용어는 에이전트 명사가 아닌 약어인 '레이저(laser)'에서 따온 백포메이션이다.

이론

레이저 매체의 광학 이득이 레이저 광학 공동의 한 라운드 트립에서 빛에 의해 경험되는 모든 손실의 합으로 정확히 균형을 이룰 때 래싱 임계값에 도달한다. 이는 다음과 같이 정상 상태 작동을 가정하여 표현할 수 있다.

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

R

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

(

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

l

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

)

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

(

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

-

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

l

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

)

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

=

R_{1}R_{2}\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)\exp(-2\alpha l)=1

{\displaystyle R_{1}R_{2}\exp(2g_{threshold}\l)\exp(-2\alpha

l

)=1

Here $R_{1}$ and $R_{2}$ are the mirror (power) reflectivities, $l$ is the length of the gain medium, $\exp(2g_{\text{threshold}}\,l)$ is the round-trip threshold power gain, and ${\displays$ $tyle \expect2\propert l)}$ 은 $\exp(-2\alpha l)$ (는) 라운드 트립 전력 손실이다. $\alpha >0$ > $\alpha >0$ $\alpha >0$ 에 유의하십시오 $\alpha >0$ 이 방정식은 레이저에서 발생하는 손실을 실험자가 통제할 수 있는 미러에 의한 국부적 손실과 흡수 및 산란과 같은 분산적 손실로 구분한다. 실험자는 일반적으로 분산손실을 거의 통제하지 못한다.

광학적 손실은 특정 레이저( $\alpha =\alpha _{0}$ = $\alpha =\alpha _{0}$ $\alpha =\alpha _{0}$ ${\$ 에 거의 일정하며, $\alpha =\alpha _{0}$ 특히 임계값에 가깝다. 이 가정 하에서 임계값 조건을 다음과^[1] 같이 재배열할 수 있다.

g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{\frac {1}{2l}}\ln(R_{1}R_{2})

g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{\frac {1}{2l}}\ln(R_{1}R_{2})

=

g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{\frac {1}{2l}}\ln(R_{1}R_{2})

0

g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{\frac {1}{2l}}\ln(R_{1}R_{2})

- 1

g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{\frac {1}{2l}}\ln(R_{1}R_{2})

g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{\frac {1}{2l}}\ln(R_{1}R_{2})

g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{\frac {1}{2l}}\ln(R_{1}R_{2})

(

g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{\frac {1}{2l}}\ln(R_{1}R_{2})

g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{\frac {1}{2l}}\ln(R_{1}R_{2})

R

g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{\frac {1}{2l}}\ln(R_{1}R_{2})

)

{\displaystyle g_{\text{threshold}}=\alpha _{0}-{{

1}-{1

}-{1}{

1}

l}\ln(R_{1}R_{2

.

$R_{1}R_{2}<1$ $R_{1}R_{2}<1$ $R_{1}R_{2}<1$ $R_{1}R_{2}<1$ < 1 ${\displaystyle R_{1}R_{2}<1$ 오른쪽의 두 항 모두 양수이므로 두 항 모두 필요한 임계값 게인 매개 변수를 증가시킨다. 즉 게인 매개변수 $g_{\text{threshold}}$ ${\$ 을 최소화하려면 $g_{\text{threshold}}$ 분산 손실이 낮고 반사율이 높은 거울이 필요하다는 뜻이다. 분모에 $l$ $l$ 이(가) 나타난 것은 게인 매체를 늘림으로써 필요한 임계값 상승이 감소할 것임을 시사하지만, 일반적으로는 그렇지 않다. $\alpha _{0}$ $\alpha _{0}$ ${\$ 은(는) 회절 손실로 인해 $l$ 일반적으로 $\alpha _{0}$ $l$ $l$ 과(와) 함께 증가하기 때문에 l ${\$ displaystyle $l}$ 에 대한 의존도가 더 복잡하다 $l$ .

내부손실 측정

위의 분석은 레이저 문턱에서 정상 상태로 작동하는 레이저에 근거한 것이다. 그러나, 이것은 완전히 만족할 수 있는 가정은 아니다. 문제는 레이저가 임계값 이상인지 이하인지에 따라 규모 순서에 따라 레이저 출력 전력이 달라진다는 점이다. 문턱에 매우 가까울 때, 가장 작은 섭동은 출력 레이저 출력에 큰 변화를 일으킬 수 있다. 그러나 형식주의는 다음과 같이 레이저의 내부 손실에 대한 좋은 측정을 얻기 위해 사용될 수 있다.^[2]

대부분의 레이저 유형은 반사율이 높은 거울을 사용하고, 부분적으로 반사되는 거울(출력 커플러라고 함)을 사용한다. 99.5% 이상의 반사율은 유전 거울에서 일상적으로 달성된다. $R_{1}=1$ $R_{1}=1$ = $R_{1}=1$ ${\displaystyle R_{1}=1$ } 를 $R_{1}=1$ 취하면 분석을 단순화할 수 있다 $R_{1}=1$ 출력 커플러의 반사율은 $R_{\text{OC}}$ $R_{\text{OC}}$ ${\$ 로 표시될 수 있다. $OC$ 그러면 위의 방정식은 다음과 같이 단순화된다.

{\

OC}}

.

대부분의 경우 래싱 임계값을 달성하는 데 필요한 펌핑 파워는 등식의 왼쪽, 즉 P $P_{\text{threshold}}\propto 2g_{\text{threshold}}\,l$ $P_{\text{threshold}}\propto 2g_{\text{threshold}}\,l$ $P_{\text{threshold}}\propto 2g_{\text{threshold}}\,l$ l ${\displaystyle P_{threshold}\propto 2g_{\text{threshold}}\,l$ 에 비례한다(이 분석은 임계값 분무 대신 임계값 에너지를 고려하는 데도 동일하게 적용된다).er. 이것은 펄스 레이저에 더 적합하다.) 이 방정식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

{\displaystyle P_{\text{threshold}}=K(\,L-\ln R_{\text}).

OC

여기서 $L$ $L$ 은 $L$ (는) $L=2\alpha _{0}l$ = $L=2\alpha _{0}l$ $L=2\alpha _{0}l$ $L=2\alpha _{0}l$ l $L=2\alpha _{0}l$ 에 $L = 2\alpha_{0}l$ 의해 정의되며 K $K$ 은 상수임 $K$ . 이 관계를 통해 변수 $L$ $L$ 을(를) 실험적으로 결정할 수 있다 $L$ .

이 표현을 사용하기 위해서는 레이저에서 일련의 슬로프 효율을 얻어야 하며, 각 슬로프는 다른 출력 커플러 반사율을 사용하여 얻어야 한다. 각 경우의 전력 한계치는 x축으로 기울기를 절편하여 주어진다. 그런 다음 출력 임계값은 $-\ln R_{\text{OC}}$ - $-\ln R_{\text{OC}}$ $-\ln R_{\text{OC}}$ R $-\ln R_{\text{OC}}$ ${\$ - $\ln R_{\text{$ $OC$ 위의 이론은 이 그래프가 직선임을 시사한다. X축을 찾은 데이터 및 라인의 절편에는 라인을 장착할 수 있다. 이 시점에서 x 값은 원형 트립 $L=2\alpha _{0}l$ L = $L=2\alpha _{0}l$ $L=2\alpha _{0}l$ $L=2\alpha _{0}l$ $L=2\alpha _{0}l$ ${\displaystyle$ L= $2\alpha _{0}l}$ 과 같다 $L=2\alpha _{0}l$ g ${\$ 의 정량적 추정치를 만들 수 있다 $g_{\text{threshold}}$ .

이 분석의 매력적인 특징 중 하나는 레이저가 레이저 임계치 이상으로 작동하는 상태에서 모든 측정을 수행한다는 것이다. 이는 낮은 랜덤 오차를 가진 측정을 허용하지만, P ${\$ 의 각 추정치는 외삽이 필요하다는 $P_{\text{threshold}}$ 것을 의미한다.

W. Koechner의 저서에서 레이저 손실 정량화에 대한 좋은 경험적 논의가 제시되어 있다.^[3]

참조

^ Yariv, Amnon (1989). Quantum Electronics (3rd ed.). Wiley. ISBN 0-4716-0997-8.
^ Findlay, D.; Clay, R.A. (1966). "The measurement of internal losses in 4-level lasers". Physics Letters. Elsevier BV. 20 (3): 277–278. doi:10.1016/0031-9163(66)90363-5. ISSN 0031-9163.
^ W. Koechner, Solid-State Laser Engineering, Springer Series in 광학 분야의 Springer Series, 제1, Second Edition, Springer-Verlag 1985, ISBN 0-387-18747-2.

[1] Yariv, Amnon (1989). Quantum Electronics (3rd ed.). Wiley. ISBN 0-4716-0997-8.

[2] Findlay, D.; Clay, R.A. (1966). "The measurement of internal losses in 4-level lasers". Physics Letters. Elsevier BV. 20 (3): 277–278. doi:10.1016/0031-9163(66)90363-5. ISSN 0031-9163.

[3] W. Koechner, Solid-State Laser Engineering, Springer Series in 광학 분야의 Springer Series, 제1, Second Edition, Springer-Verlag 1985, ISBN 0-387-18747-2.

[1]

[2]

[3]

show v t 레이저스
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