En la física del láser , la ganancia o amplificación es un proceso en el que el medio transfiere parte de su energía a la radiación electromagnética emitida , lo que resulta en un aumento de la potencia óptica. Este es el principio básico de todos los láseres . Cuantitativamente, la ganancia es una medida de la capacidad de un medio láser para aumentar la potencia óptica.
Definición
La ganancia se puede definir como la derivada del logaritmo de potencia a medida que atraviesa el medio. El factor por el cual un medio amplifica un haz de entrada se llama ganancia y está representado por G.
dónde es la coordenada en la dirección de propagación. Esta ecuación desprecia los efectos del perfil transversal de la viga.
En la aproximación paraxial cuasi monocromática , la ganancia se puede tener en cuenta con la siguiente ecuación
- ,
dónde es la variación del índice de refracción (que se supone que es pequeña),
Es un campo complejo, relacionado con el campo eléctrico físico. con relación , dónde es vector de polarización, es el número de onda, es frecuencia, es laplaciano transversal; significa parte real.
Ganancia en un sistema de cuasi dos niveles
En el sistema simple de cuasi dos niveles, la ganancia se puede expresar en términos de poblaciones y de estados inferiores y excitados:
dónde y son secciones transversales de emisión y absorción efectivas. En el caso del medio no bombeado, la ganancia es negativa.
La ganancia de ida y vuelta significa la ganancia multiplicada por la longitud de propagación de la emisión láser durante un solo viaje de ida y vuelta. En el caso de que la ganancia varíe a lo largo de la longitud, la ganancia de ida y vuelta se puede expresar con la integral. Esta definición asume el perfil de la parte superior plana del rayo láser dentro del láser, o alguna ganancia efectiva, promediada a través de la sección transversal del rayo.
El coeficiente de amplificación se puede definir como la relación de la potencia de salida a la potencia de entrada :
- .
Está relacionado con la ganancia; .
La ganancia y el coeficiente de amplificación no deben confundirse con el coeficiente de aumento . La ampliación caracteriza la escala de ampliación de una imagen; tal ampliación se puede realizar con elementos pasivos , sin medio de ganancia . [1]
Terminología y notaciones alternativas
No existe una terminología establecida sobre ganancia y absorción. Todos son libres de usar sus propias notaciones, y no es posible cubrir todos los sistemas de notaciones en este artículo.
En radiofísica , la ganancia puede significar el logaritmo del coeficiente de amplificación.
En muchos artículos sobre física láser, que no utilizan el coeficiente de amplificación definido anteriormente, la ganancia se denomina coeficiente de amplificación , en analogía con el coeficiente de absorción , que en realidad no es un coeficiente en absoluto; hay que multiplicarlo por la longitud de propagación (espesor), cambiar el signo, tomar la inversa de la exponencial y solo entonces obtener el coeficiente de atenuación de la muestra.
Algunas publicaciones utilizan el término incremento en lugar de ganancia y decremento en lugar del coeficiente de absorción para evitar la ambigüedad , [2] explotando la analogía entre la propagación paraxial de ondas cuasi monocromáticas y la evolución temporal de un sistema dinámico.
Ver también
- Ganancia de ida y vuelta , ganancia multiplicada por la longitud de propagación de la emisión láser durante un solo viaje de ida y vuelta
- Disco láser
- Secciones transversales efectivas
- Relación McCumber