如圖1所suo示shi，除chu了le泵beng浦pu受shou激ji吸xi收shou和he信xin號hao受shou激ji發fa射she，激ji發fa態tai的de離li子zi還hai會hui通tong過guo自zi發fa輻fu射she不bu斷duan損sun耗hao，因yin此ci儲chu能neng不bu可ke能neng無wu限xian增zeng加jia，限xian製zhi通tong光guang方fang向xiang橫heng截jie麵mian儲chu能neng密mi度du的de物wu理li量liang稱cheng為wei飽bao和he通tong量liang（Fsat），主要由信號激光頻率（v）位置的吸收截麵（ σabs）和發射截麵（σem）決定。飽和通量與光纖通光麵積（Af）的乘積即為飽和能量（Esat）。物理上Esat是使激光增益下降到小信號增益的1／e（～37％）時對應的輸入脈衝能量。

 

 

 

當信號脈衝能量遠低於Esat時激光增益高
，激光器工作在小信號放大區
，大於Esat時激光增益下降逐漸趨於零，激光器工作在飽和放大區。在摻鐿光纖激光器中
，1064nm位置的吸收截麵和發射截麵分別為0.0064pm2和0.3978pm2
，對20μm纖芯的光纖


，飽和能量約為0.6mJ左右，對30μm纖芯的光纖，飽和能量約為1.3mJ左右，對100μm這種超大模場光纖

，飽和能量則為14.5mJ。可ke見jian


，目mu前qian脈mai衝chong光guang纖xian激ji光guang器qi的de最zui大da輸shu出chu能neng量liang基ji本ben與yu飽bao和he能neng量liang相xiang當dang。飽bao和he能neng量liang之zhi上shang，脈mai衝chong仍reng然ran可ke以yi放fang大da，隻zhi是shi增zeng益yi會hui越yue來lai越yue小xiao
，慢man慢man趨qu近jin於yu零ling。以yi額e定ding功gong率lv30W的脈衝激光器估算，典型的光光效率為60％，即需要的泵浦光功率為50W，915nm到1064nm的量子效率為86％
，則完成2mJ的儲能需要的時間為2mJ／86％／50W ＝ 46μs。以46μs作為脈衝周期，則對應的頻率為22kHz。

 

實際上，在MOPA脈衝激光器中
，一般隻有200ns以(yi)上(shang)的(de)長(chang)脈(mai)衝(chong)才(cai)能(neng)達(da)到(dao)標(biao)稱(cheng)的(de)最(zui)大(da)能(neng)量(liang)輸(shu)出(chu)，脈(mai)寬(kuan)越(yue)短(duan)，最(zui)大(da)輸(shu)出(chu)能(neng)量(liang)越(yue)小(xiao)。同(tong)等(deng)能(neng)量(liang)下(xia)，脈(mai)寬(kuan)越(yue)短(duan)
，峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)越(yue)高(gao)
，而(er)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)高(gao)出(chu)一(yi)定(ding)閾(yu)值(zhi)，會(hui)在(zai)光(guang)纖(xian)中(zhong)引(yin)起(qi)顯(xian)著(zhu)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)效(xiao)應(ying)
，因(yin)此(ci)MOPA激光器除了限製最大脈衝能量，還有一個重要的限製就是峰值功率，典型值為10kW。

 

常規MOPA光纖激光器中，常見的非線性效應包括自相位調製（SPM）、交叉相位調製（XPM）
、四波混頻（FWM）和受激拉曼散射（SRS）等(deng)。這(zhe)些(xie)非(fei)線(xian)性(xing)效(xiao)應(ying)的(de)直(zhi)接(jie)後(hou)果(guo)就(jiu)是(shi)導(dao)致(zhi)光(guang)譜(pu)展(zhan)寬(kuan)，光(guang)譜(pu)過(guo)寬(kuan)的(de)激(ji)光(guang)經(jing)過(guo)未(wei)作(zuo)消(xiao)色(se)差(cha)設(she)計(ji)的(de)光(guang)學(xue)係(xi)統(tong)，不(bu)同(tong)波(bo)長(chang)的(de)焦(jiao)點(dian)位(wei)置(zhi)和(he)焦(jiao)斑(ban)大(da)小(xiao)都(dou)不(bu)相(xiang)同(tong)
，直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)加(jia)工(gong)效(xiao)果(guo)。另(ling)外(wai)
，非(fei)線(xian)性(xing)效(xiao)應(ying)還(hai)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)光(guang)束(shu)質(zhi)量(liang)劣(lie)化(hua)和(he)物(wu)理(li)損(sun)傷(shang)。通(tong)過(guo)合(he)理(li)優(you)化(hua)激(ji)光(guang)器(qi)設(she)計(ji)方(fang)案(an)和(he)器(qi)件(jian)選(xuan)型(xing)，光(guang)至(zhi)科(ke)技(ji)可(ke)以(yi)為(wei)用(yong)戶(hu)定(ding)製(zhi)遠(yuan)高(gao)於(yu)常(chang)規(gui)機(ji)型(xing)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)的(de)激(ji)光(guang)器(qi)。

 

 

圖2 脈衝激光器降功率頻率點示意圖

 

如圖2所示，脈衝激光器降功率頻率點的意義歸納如下：

 

（1）激光器最大工作頻率（fmax）以下，降功率頻率點（f0）以上，激光器可以工作在最大平均功率（Pmax），此段輸出的脈衝能量（E）等於Pmax／f，頻率越高，單脈衝能量越低。

 

（2）降功率頻率點以下，激光器可輸出的最高功率（P）隨實際工作重頻近似呈線性下降，即P ＝ Pmax＊f／f0，例如
，工作重頻降低為降功率頻率點的一半

，對應的最高輸出功率隻有額定功率的一半，而單脈衝能量E ＝ P ／ f ＝ Pmax ／ f0
，也ye就jiu是shi單dan脈mai衝chong能neng量liang與yu降jiang功gong率lv頻pin率lv點dian以yi上shang工gong作zuo時shi相xiang比bi基ji本ben保bao持chi不bu變bian。需xu要yao指zhi出chu的de是shi，這zhe種zhong線xian性xing隻zhi是shi近jin似si的de，實shi際ji的de情qing況kuang可ke能neng更geng為wei複fu雜za，但dan是shi作zuo為wei簡jian單dan估gu計ji是shi足zu夠gou的de。

 

（3）長脈衝的降功率頻率點小於短脈衝對應的降功率頻率，例如光至科技的YFL－PN－GM－80－L型激光器，250ns以上對應的降功率頻率點為53kHz，而脈衝越短，則降功率頻率點越大。這是因為受限於峰值功率
，長脈衝可提取的單脈衝能量更高。

 

實shi際ji的de工gong藝yi優you化hua過guo程cheng中zhong，什shen麼me時shi候hou會hui用yong到dao降jiang功gong率lv頻pin率lv點dian以yi下xia的de重zhong頻pin參can數shu呢ne？簡jian單dan來lai講jiang，就jiu是shi要yao脈mai衝chong能neng量liang或huo者zhe峰feng值zhi功gong率lv而er不bu要yao過guo高gao平ping均jun功gong率lv的de場chang合he
，即ji要yao單dan脈mai衝chong能neng量liang或huo峰feng值zhi功gong率lv保bao證zheng加jia工gong效xiao果guo，但dan是shi又you要yao降jiang低di平ping均jun功gong率lv以yi避bi免mian過guo度du的de熱re效xiao應ying。例li如ru，在zai3Cchanpinjiagongzhongjingchangyongdaodeyangjiyanghualvbobanpochuyanghuacengdegongyizhong，xuyaoyidingdemaichongnengliangyipohuaiyanghuaceng，danshiruguopingjungonglvguogao

，rexiaoyinghuidaozhicailiaobianxing，beimianxingchengtubao。

 

更geng多duo的de時shi候hou，為wei了le發fa揮hui最zui大da脈mai衝chong能neng量liang的de效xiao果guo
，如ru激ji光guang清qing洗xi
，可ke以yi讓rang激ji光guang器qi直zhi接jie工gong作zuo在zai降jiang功gong率lv頻pin率lv點dian。在zai一yi些xie樣yang品pin的de打da樣yang實shi驗yan中zhong，也ye可ke以yi先xian從cong降jiang功gong率lv頻pin率lv點dian開kai始shi進jin行xing驗yan證zheng，如ru果guo能neng達da到dao效xiao果guo或huo者zhe加jia工gong過guo頭tou，則ze適shi當dang降jiang低di能neng量liang，直zhi至zhi找zhao到dao滿man足zu工gong藝yi要yao求qiu的de邊bian界jie參can數shu。

 

除了MOPA脈衝激光器，調Q激(ji)光(guang)器(qi)或(huo)者(zhe)超(chao)快(kuai)激(ji)光(guang)器(qi)很(hen)少(shao)提(ti)到(dao)降(jiang)功(gong)率(lv)頻(pin)率(lv)點(dian)，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)這(zhe)類(lei)激(ji)光(guang)器(qi)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)脈(mai)寬(kuan)
，並(bing)且(qie)隻(zhi)開(kai)放(fang)降(jiang)功(gong)率(lv)頻(pin)率(lv)點(dian)以(yi)上(shang)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)段(duan)。比(bi)如(ru)
，調(tiao)Q激光器一般工作在30kHz到80kHz，而超快激光器則工作在100kH到1MHz，這裏的頻率下限也接近於此類激光器的降功率頻率點。MOPA脈(mai)衝(chong)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)重(zhong)頻(pin)可(ke)調(tiao)範(fan)圍(wei)大(da)
，且(qie)在(zai)降(jiang)功(gong)率(lv)頻(pin)率(lv)點(dian)下(xia)可(ke)以(yi)基(ji)本(ben)保(bao)證(zheng)單(dan)脈(mai)衝(chong)能(neng)量(liang)和(he)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)不(bu)變(bian)是(shi)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)優(you)勢(shi)，正(zheng)確(que)掌(zhang)握(wo)和(he)靈(ling)活(huo)應(ying)用(yong)這(zhe)種(zhong)性(xing)能(neng)優(you)勢(shi)有(you)助(zhu)於(yu)客(ke)戶(hu)更(geng)好(hao)地(di)發(fa)揮(hui)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)。