Ganancia de ida y vuelta

La ganancia de ida y vuelta se refiere a la física del láser y las cavidades del láser (o resonadores láser ). Es una ganancia, integrada a lo largo de un rayo, que realiza un recorrido de ida y vuelta en la cavidad.

En la operación de onda continua , la ganancia de ida y vuelta compensa exactamente tanto el acoplamiento de salida de la cavidad como su pérdida de fondo. ^{[ aclaración necesaria ]}

Ganancia de ida y vuelta en óptica geométrica

Generalmente, la ganancia de ida y vuelta puede depender de la frecuencia, de la posición e inclinación del rayo e incluso de la polarización de la luz . Por lo general, se puede suponer que en algún momento del tiempo, a una frecuencia razonable de la operación, la ganancia es función de las coordenadas cartesianas , y . Entonces, suponiendo que la óptica geométrica sea ​​aplicable, la ganancia de ida y vuelta se puede expresar de la siguiente manera:${\displaystyle ~G(x,y,z)~}$ ${\displaystyle ~x~}$${\displaystyle ~y~}$${\displaystyle ~z~}$${\displaystyle ~g~}$

${\displaystyle ~g=\int G(x(a),y(a),z(a))~{\rm {d}}a~}$,

donde es camino a lo largo del rayo, parametrizada con funciones , , ; la integración se realiza a lo largo de todo el rayo, que se supone que forma el bucle cerrado. ${\displaystyle ~a~}$${\displaystyle ~x(a)~}$${\displaystyle ~y(a)~}$${\displaystyle ~z(a)~}$

En modelos simples, se supone que la distribución de la bomba y la ganancia en la parte superior plana es constante. En el caso de la cavidad más simple, la ganancia de ida y vuelta , donde es la longitud de la cavidad; se supone que la luz láser va hacia adelante y hacia atrás, esto conduce al coeficiente 2 en la estimación.${\displaystyle ~G~}$${\displaystyle ~g=2Gh~}$${\displaystyle ~h~}$

En la operación de onda continua en estado estacionario de un láser, la ganancia de ida y vuelta está determinada por la reflectividad de los espejos (en el caso de una cavidad estable ) y el coeficiente de aumento en el caso de un resonador inestable ( cavidad inestable ).

Parámetro de acoplamiento

El parámetro de acoplamiento de un resonador láser determina qué parte de la energía del campo láser en la cavidad sale en cada viaje de ida y vuelta. Esta salida puede ser determinada por la transmitividad del acoplador de salida , o el coeficiente de aumento en el caso de una cavidad inestable . ^[1]${\displaystyle ~\theta ~}$

Pérdida de ida y vuelta (pérdida de fondo)

La pérdida de fondo de la pérdida de ida y vuelta determina qué parte de la energía del campo láser se vuelve inutilizable en cada ida y vuelta; puede ser absorbido o esparcido.${\displaystyle ~\beta ~}$

En la autopulsación , la ganancia tarda en responder a la variación del número de fotones en la cavidad. Dentro del modelo simple, la pérdida de ida y vuelta y el acoplamiento de salida determinan los parámetros de amortiguación del oscilador equivalente Toda . ^{[2] [3]}

En la operación de estado estable, la ganancia de ida y vuelta compensa exactamente tanto el acoplamiento de salida como las pérdidas:${\displaystyle ~g~}$

${\displaystyle ~\exp(g)~(1-\beta -\theta )=1~}$.

Suponiendo que la ganancia es pequeña ( ), esta relación se puede escribir de la siguiente manera:${\displaystyle ~g~\ll 1~}$

${\displaystyle ~g=\beta +\theta ~}$

Esta relación se utiliza en estimaciones analíticas del rendimiento de los láseres. ^[4] En particular, la pérdida de ida y vuelta puede ser uno de los parámetros importantes que limitan la potencia de salida de un láser de disco ; en la escala de potencia, la ganancia debe reducirse (para evitar el crecimiento exponencial de la emisión espontánea amplificada ) y la ganancia de ida y vuelta debe permanecer mayor que la pérdida de fondo ; esto requiere aumentar el espesor de la losa del medio de ganancia ; a cierto espesor, el sobrecalentamiento impide el funcionamiento eficiente. ^[5]${\displaystyle ~\beta ~}$${\displaystyle ~G~}$${\displaystyle ~g~}$${\displaystyle ~\beta ~}$

Para el análisis de procesos en medio activo, la suma también se puede llamar "pérdida". ^[1] Esta notación conduce a confusiones tan pronto como uno está interesado, qué parte de la energía se absorbe y se dispersa, y qué parte de tal "pérdida" es realmente la salida deseada y útil del láser.${\displaystyle ~\beta +\theta ~}$

Referencias

1. A.E.Siegman (1986). Láseres . Libros universitarios de ciencia. ISBN 978-0-935702-11-8.
2. GLOppo; A. Politi (1985). "Toda la potencialidad en ecuaciones láser" . Zeitschrift für Physik B . 59 (1): 111-115. Código bibliográfico : 1985ZPhyB..59..111O . doi : 10.1007 / BF01325388 .
3. D. Kouznetsov; J.-F. Bisson; J. Li; K. Ueda (2007). "Láser autopulsante como oscilador Toda: Aproximación a través de funciones elementales" . Journal of Physics A . 40 (9): 1–18. Código Bibliográfico : 2007JPhA ... 40.2107K . CiteSeerX 10.1.1.535.5379 . doi : 10.1088 / 1751-8113 / 40/9/016 . 
4. D. Kouznetsov; J.-F. Bisson; K. Takaichi; K. Ueda (2005). "Láser de estado sólido monomodo con cavidad inestable corta y ancha" . Revista de la Sociedad Americana de Óptica B . 22 (8): 1605-1619. Código bibliográfico : 2005JOSAB..22.1605K . doi : 10.1364 / JOSAB.22.001605 .
5. D. Kouznetsov; J.-F. Bisson; J. Dong; K. Ueda (2006). "Límite de pérdida de superficie del escalado de potencia de un láser de disco fino" . Revista de la Sociedad Americana de Óptica B . 23 (6): 1074–1082. Código bibliográfico : 2006JOSAB..23.1074K . doi : 10.1364 / JOSAB.23.001074 . Consultado el 26 de enero de 2007 .; [1] ^{[ enlace muerto permanente ]}