利得分布

媒質にy方向から励起光を入射した時、一般に単位時間当たりに媒質に吸収されるエネルギー密度A(y,t)は次式で示される。

である。吸収長が長くなると、蓄積エネルギー密度分布は指数関数的に減少し利得分布を生じる。ドープ量の高い媒質による高出力動作の場合、吸収係数αが増加するため、励起方向の利得勾配は一層顕著になる。
フラッシュランプ励起のロッド型増幅器の場合、媒質の励起表面部分は利得が高いが、中心部分はそれに比べて低い。伝搬するレーザービームの多くは利得の高い部分を通らないために効率が低くなる。
スラブ型、ディスク型の場合では、利得勾配に関係なく有効に利用できる。
大型で高濃度のディスク型増幅器では、厚み方向に顕著な利得勾配が発生し、媒質の表面部分でエネルギー損失の原因となる寄生発振が発生する。これを回避する手段として、ディスクを複数枚に分割したスプリットディスク構造で、励起源側から徐々にドープ量を増加させることにより、各ディスクでの吸収量を均一にする方法が米国LLNLのMercuryシステムで採用されている。下記図(利得分布)に利得分布の概要を示す。

図 利得分布

参考