種子源激光器-放大器的結(jié)構(gòu)如下圖所示，首先由種子源激光器輸出的種子光，然后將種子光注入激光放大器，在泵浦光的激勵下，工作物質(zhì)中的激活離子發(fā)生躍遷，從低能級向高能級轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生了大量的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，種子光不斷消耗增益介質(zhì)中的反轉(zhuǎn)離子數(shù)從而實現(xiàn)能量放大，輸出高能量的脈沖激光。

輸出激光的光束質(zhì)量，脈沖寬度，光束發(fā)散角和譜線寬度等特性是由種子源激光器所決定的，輸出激光的能量是由激光放大器所決定的。通常種子源激光器在工作時輸出激光的能量較低，這樣可以輸出具有優(yōu)良特性的種子光，例如具有較窄譜線寬度、較小的光束發(fā)散角和良好的光束質(zhì)量等特性。

激光放大器工作時可以提高整個激光系統(tǒng)輸出激光的亮度圖片

上式中，P 為從工作物質(zhì)橫截面積 A 處輸出的激光光束功率，圖片為輸出激光光束的立體角。 

使用種子源激光器-放大器結(jié)構(gòu)對種子光進行能量放大，能在保持種子光優(yōu)良特性的前提下獲得高能量激光輸出，或者在輸出能量相同時，能獲得脈沖寬度更窄和光束質(zhì)量更好的激光輸出。一般來說，在很多的潛在應用場景中，通常需要更高能量的激光輸出，一級放大器對種子光的放大效果并不理想，輸出能量較低，那我們就需要將其輸出激光注入二級放大器中，進一步提高放大效果，獲得更高能量的脈沖激光輸出。 

根據(jù)待放大種子光的脈沖寬度不同，激光放大器可以分為連續(xù)激光放大器，脈沖激光放大器，超短脈沖激光放大器。在激光放大過程中，輸入種子光的脈沖寬度為τ；工作物質(zhì)中的激活離子輻射躍遷過程中有一定的弛豫時間，這個時間稱為縱向弛豫時間τ1(固體工作物質(zhì)一般為10的-3次方s)；工作物質(zhì)中粒子非輻射躍遷會使激發(fā)態(tài)粒子的感應偶極矩有一定的弛豫時間，稱為橫向弛豫時間τ2（固體工作物質(zhì)一般為10的-10次方s）。

（1） 當 τ>τ1時，種子光與工作物質(zhì)相互作用時間充足，在泵浦光的激勵下，種子光放大所消耗的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)可以很快得到補充，因此認為此時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)處在相對穩(wěn)定的水平下，反轉(zhuǎn)粒子濃度不隨時間變化，為連續(xù)激光放大 器。這類激光放大器應當使用穩(wěn)態(tài)方法進行分析。 

（2） 當 τ<τ2 時，即注入的種子光脈寬非常窄時，例如注入脈沖寬度為10的-11次方s——10的-12次方s 的鎖模種子光時，當光與工作物質(zhì)相互作用時，由于工作物質(zhì)的宏觀電極化速度遠遠小于光場的變化速度，增益介質(zhì)的原子和光場相互作用過程中的相位關(guān)系是不能被省略的。由于有此種作用的存在，在激光放大過程中，會產(chǎn)生一些新現(xiàn)象，例如增益介質(zhì)中產(chǎn)生穩(wěn)定的Π或2Π脈沖， 或者產(chǎn)生自感透明效應，并產(chǎn)生光學孤子波等現(xiàn)象。此時為超短脈沖激光放大器，這類激光放大器應當使用半經(jīng)典理論方法進行分析。 

（3） 當 τ2<τ<τ1時，由于種子光脈沖寬度很窄，遠遠小于激光熒光壽命，此時在泵浦光的激勵下，種子光放大所消耗的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)超過工作物質(zhì)產(chǎn)生的 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)和光子密度在短時間內(nèi)不能達到相對穩(wěn)定水平， 跟隨時間和空間發(fā)生變化，此時為脈沖激光放大器。這類激光放大器應當使用非穩(wěn)態(tài)方法進行分析。

轉(zhuǎn)自：光電資訊

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