2024年3月19日发(作者：茅玑)
光纤激光器原理：
光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵浦源由一
个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介
质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射
的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。
光纤激光器特点
光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需
庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值，光束质量好和窄线宽等优点。并且，光纤激光
器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点；超长的工作寿命和免维
护时间，平均免维护时间在10万小时以上。
光纤激光器原理图1:
峰值功率：
脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如
说 10 ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用 t 表示。这种激光器可以发出一连
串脉冲，比如，1 秒钟发出 10 个脉冲，或者有的就发出 一个脉冲。这时，我们就说脉冲重复(频)率前者
为 10，后者为 1，那么，1 秒钟发出 10 个脉冲，它的脉冲重复周期为 0.1 秒，而 1 秒钟发出 1 个脉
冲，那么，它的脉冲重复周期为 1 秒，我们用 T 表示这个脉冲重复周期。
如果单个脉冲的能量为 E， 那么 E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。例如， E
= 50 mJ(毫焦)， T = 0.1 秒， 那么，
平均功率 P平均 = 50 mJ/0.1 s = 500 mW。
如果用 E 除以 t，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peak power)，例如，在前面的
例子中 E = 50 mJ, t = 10 ns,
P峰值 = 50 ×10^(-3)/[10×10^(-9)] = 5×10^6 W = 5 MW(兆瓦)，由于脉冲宽度 t 很小，它的峰值功率很大。
脉冲能量E=1mj 脉宽t=100ns 重复频率20-80K 脉冲持续时间T=1s/2k=？秒
平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20W
P峰值功率=E/t
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激光的分类：
激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐 ，目前工业用红外
及紫外激光。例如CO2激光器10.64um红外激光, 氪灯泵浦YAG激光器1.064um红外激
光, 氙灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光, 半导体侧面/端面泵浦激光器1.064um红外
激光。
激光器的种类分，可分为固体、气体、液体、半导体和染料等几种类型：
（ 1 ）固体激光器一般小而坚固，脉冲辐射功率较高，应用范围较广泛。
如：Nd:YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土元素，YAG代表钇铝石榴石，晶体结构
与红宝石相似。
（ 2 ）半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激
光的波长，能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。
（ 3 ）气体激光器以气体为工作物质(主要为惰性气体)，单色性和相干
性较好，激光波长可达数千种，应用广泛。气体激光器结构简单、造价低廉、操
作方便。在工农业、医学、精密测量、全息技术等方面应用广泛。气体激光器有
电能、热能、化学能、光能、核能等多种激励方式。
（ 4 ）以液体染料为工作物质的染料激光器于 1966 年问世，广泛应用
于各种科学研究领域。现在已发现的能产生激光的染料，大约在 500 种左右。
这些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它们还可以包含在有机塑料
中以固态出现，或升华为蒸汽，以气态形式出现。所以染料激光器也称为 “ 液
体激光器 ” 。染料激光器的突出特点是波长连续可调。燃料激光器种类繁多，
价格低廉，效率高，输出功率可与气体和固体激光器相媲美，应用于分光光谱、
光化学、医疗和农业。
（ 5 ）红外激光器已有多种类型，应用范围广泛，它是一种新型的红外
辐射源，特点是辐射强度高、单色性好、相干性好、方向性强。
（ 6 ） X 射线激光器在科研和军事上有重要价值，应用于激光反导弹
武器中具有优势；生物学家用 X 射线激光能够研究活组织中的分子结构或详细
了解细胞机能 ; 用 X 射线激光拍摄分子结构的照片 , 所得到的生物分子像的
对比度很高。
（ 7 ）化学激光器 有些化学反应产生足够多的高能原子，就可以释放
出大能量，可用来产生激光作用。
（ 8 ）自由电子激光器 这类激光器比其他类型更适于产生很大功率的
辐射。它的工作机制与众不同，它从加速器中获得几千万伏高能调整电子束，经
周期磁场，形成不同能态的能级，产生受激辐射。
光分为可见光和不可见光:是根据人的肉眼是否能看到来划分的。光的可见与不可见与
光（或者说电磁波，光就是电磁波）的波长有关系，人眼能看到的电磁波的波长范围是400nm
到760nm，400nm左右的是紫色光，小于这个波长的人眼就看不到了，是紫外线。760nm
附件的是红色光，波长大于这个范围，人眼也感觉不到也就是红外线。
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2024年3月19日发(作者：茅玑)
光纤激光器原理：
光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵浦源由一
个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介
质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射
的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。
光纤激光器特点
光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需
庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值，光束质量好和窄线宽等优点。并且，光纤激光
器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点；超长的工作寿命和免维
护时间，平均免维护时间在10万小时以上。
光纤激光器原理图1:
峰值功率：
脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如
说 10 ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用 t 表示。这种激光器可以发出一连
串脉冲，比如，1 秒钟发出 10 个脉冲，或者有的就发出 一个脉冲。这时，我们就说脉冲重复(频)率前者
为 10，后者为 1，那么，1 秒钟发出 10 个脉冲，它的脉冲重复周期为 0.1 秒，而 1 秒钟发出 1 个脉
冲，那么，它的脉冲重复周期为 1 秒，我们用 T 表示这个脉冲重复周期。
如果单个脉冲的能量为 E， 那么 E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。例如， E
= 50 mJ(毫焦)， T = 0.1 秒， 那么，
平均功率 P平均 = 50 mJ/0.1 s = 500 mW。
如果用 E 除以 t，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peak power)，例如，在前面的
例子中 E = 50 mJ, t = 10 ns,
P峰值 = 50 ×10^(-3)/[10×10^(-9)] = 5×10^6 W = 5 MW(兆瓦)，由于脉冲宽度 t 很小，它的峰值功率很大。
脉冲能量E=1mj 脉宽t=100ns 重复频率20-80K 脉冲持续时间T=1s/2k=？秒
平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20W
P峰值功率=E/t
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激光的分类：
激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐 ，目前工业用红外
及紫外激光。例如CO2激光器10.64um红外激光, 氪灯泵浦YAG激光器1.064um红外激
光, 氙灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光, 半导体侧面/端面泵浦激光器1.064um红外
激光。
激光器的种类分，可分为固体、气体、液体、半导体和染料等几种类型：
（ 1 ）固体激光器一般小而坚固，脉冲辐射功率较高，应用范围较广泛。
如：Nd:YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土元素，YAG代表钇铝石榴石，晶体结构
与红宝石相似。
（ 2 ）半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激
光的波长，能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。
（ 3 ）气体激光器以气体为工作物质(主要为惰性气体)，单色性和相干
性较好，激光波长可达数千种，应用广泛。气体激光器结构简单、造价低廉、操
作方便。在工农业、医学、精密测量、全息技术等方面应用广泛。气体激光器有
电能、热能、化学能、光能、核能等多种激励方式。
（ 4 ）以液体染料为工作物质的染料激光器于 1966 年问世，广泛应用
于各种科学研究领域。现在已发现的能产生激光的染料，大约在 500 种左右。
这些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它们还可以包含在有机塑料
中以固态出现，或升华为蒸汽，以气态形式出现。所以染料激光器也称为 “ 液
体激光器 ” 。染料激光器的突出特点是波长连续可调。燃料激光器种类繁多，
价格低廉，效率高，输出功率可与气体和固体激光器相媲美，应用于分光光谱、
光化学、医疗和农业。
（ 5 ）红外激光器已有多种类型，应用范围广泛，它是一种新型的红外
辐射源，特点是辐射强度高、单色性好、相干性好、方向性强。
（ 6 ） X 射线激光器在科研和军事上有重要价值，应用于激光反导弹
武器中具有优势；生物学家用 X 射线激光能够研究活组织中的分子结构或详细
了解细胞机能 ; 用 X 射线激光拍摄分子结构的照片 , 所得到的生物分子像的
对比度很高。
（ 7 ）化学激光器 有些化学反应产生足够多的高能原子，就可以释放
出大能量，可用来产生激光作用。
（ 8 ）自由电子激光器 这类激光器比其他类型更适于产生很大功率的
辐射。它的工作机制与众不同，它从加速器中获得几千万伏高能调整电子束，经
周期磁场，形成不同能态的能级，产生受激辐射。
光分为可见光和不可见光:是根据人的肉眼是否能看到来划分的。光的可见与不可见与
光（或者说电磁波，光就是电磁波）的波长有关系，人眼能看到的电磁波的波长范围是400nm
到760nm，400nm左右的是紫色光，小于这个波长的人眼就看不到了，是紫外线。760nm
附件的是红色光，波长大于这个范围，人眼也感觉不到也就是红外线。
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