激光放大器是指利用光的受激辐射进行光的能量(功率)放大的器件。通过采用激光放大器,可以在获得高的激光能量或功率时而又保持激光的质量(包括脉宽、线宽、偏振特性等)。常用于可控核聚变、核爆模拟、超远激光测距等重大技术中的高功率激光系统。
获得极高的输出能量和功率,保持振荡器的光束质量,降低光学元件的破坏和损伤。
常见激光放大器可以分为两类,即脉冲的或稳态的。如果输入激光脉冲的时间宽度Δc小于放大器高能级的自发辐射寿命τ21,则称为脉冲激光放大器。反之,Δc>τ21,的就称为稳态激光放大器,它包括了长脉冲激光放大器和连续激光放大器。脉冲激光放大器以放大激光能量为主,而稳态激光放大器则主要是放大激光功率(或光强),实际上激光振荡器也是这样分类的。此外,脉冲激光放大器中,还可分出一类,称之为超短脉冲放大器,它主要对锁模激光脉冲进行放大,与锁模激光器一样有自己的特点。
1长脉冲激光放大器
一般振荡级激光器输出的是连续的或一般脉冲激光器。
脉宽:τ>T1
其中T1是放大介质激发态的粒子由于辐射跃迁的纵向弛豫时间。弛豫时间:激发态的粒子所在的能级有一定的寿命,因此产生辐射跃迁有一定的滞后时间。固体:T1~10-3s主要由上能级的总寿命来决定。
因此上能级的粒子数消耗掉以后来得及由泵浦得以补充。这时腔内的光子数密度和工作物质的反转粒子数可以认为不随时间变化--稳态过程。
2脉冲放大器:
一般振荡级为调Q激光器~10-8s
T2<τ<T1
T1:纵向弛豫时间。
T2:横向弛豫时间:放大介质中粒子相互交换能量过程引起的非辐射跃迁使激发态的粒子的感应偶极矩有一定的弛豫时间。
由于脉宽较小,在脉冲信号放大期间,工作物质的反转粒子数和光子密度是随时间变化的。--非稳态过程
3超短脉冲放大器:
脉冲窄,是锁模激光器,输出的脉冲10-11~10-15s。光信号和放大介质的相干作用是一种相干的放大作用。情况比较复杂,需要采用半经典理论进行讨论。
按照工作方式分类
行波激光放大器
再生激光放大器--做好模匹配
注入锁定放大器--模匹配+位相锁定
多程放大器