Verstärkungssättigung (), auch Sättigung der VerstärkungJürgen Eichler, Hans Joachim Eichler: Laser. Bauformen, Strahlführung, Anwendungen. 7., aktualisierte Auflage. Springer, Berlin u. a. 2010, ISBN 978-3-642-10461-9, S. 40 ()., GewinnsättigungBahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich: Grundlagen der Photonik. 2., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-40677-7, S. 666 (). oder Gewinn bei Sättigung genannt, ist ein Begriff aus der Quantenoptik. Er beschreibt die Abhängigkeit der Verstärkung (engl. ) von der Intensität des Laserlichtfeldes innerhalb des Laserresonators.
Verstärkungssättigung kommt dadurch zustande, dass eine erhöhte Laserintensität dazu tendiert, die Besetzungsinversion durch erhöhte stimulierte Emission abzubauen.
Definition Die Intensitätsabhängigkeit des Verstärkungskoeffizienten bei Sättigung lautet:Peter W. Milonni, Joseph H. Eberly: Lasers. John Wiley & Sons, New York NY u. a. 1988, ISBN 0-471-62731-3, S. 312.
Dabei steht für die Frequenz des Lichtes für die Kleinsignalverstärkung (s. u.) für den Photonenfluss oder PhotonenstromInternational Electrotechnical Commission (IEC): International Electrotechnical Vocabulary. ref. 845-21-040, Photon flux (abgerufen am 6. Juni 2025)., also für die Anzahl der Photonen pro Zeiteinheit pro Fläche, die sie durchqueren:Peter W. Milonni, Joseph H. Eberly: Lasers. John Wiley & Sons, New York NY u. a. 1988, ISBN 0-471-62731-3, S. 298.
mit der Lichtgeschwindigkeit der Photonenzahl dem Resonatorvolumen für den Sättigungsfluss.
Photonenfluss und Intensität sind daher verbunden über
mit der Planck-Konstante h.
Kleinsignalverstärkung Die Kleinsignalverstärkung () entspricht der Verstärkung des Lasermediums im Grenzwert , also im Fall eines verschwindenden Lichtfeldes.
Der Wert für den eines Dreiniveaulasers:
hängt ab von der Pumpleistung der Übergangsrate des Laserübergangs dem Absorptionsquerschnitt der Schwelleninversion und stehen für die Anzahl der Atome im oberen bzw. unteren Laserniveau. Vereinfachend wurde angenommen, dass beide Niveaus die gleiche Entartung aufweisen.
Während die Formel für die Intensitätsabhängigkeit der Verstärkung für einen Vierniveaulaser dieselbe ist wie ganz oben angegeben, fällt die Formel für die Kleinsignalverstärkung bei einem Vierniveaulaser ein wenig anders aus, da dort auch der Übergang zwischen unterem Laserniveau und Grundniveau in Betracht gezogen werden muss.
Einzelnachweise
Kategorie:Quantenoptik Kategorie:Laserphysik
en:Optical amplifier#Gain saturation