脉冲激光器与连续激光器、峰值功率与平均功率

2026-07-13

连续激光器是指连续不断输出光信号的激光器。其输出光的强度保持相对稳定,如下图。通常,连续激光器的功率就是指平均功率。


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脉冲激光器指的是周期性输出光信号的激光器。其输出光的强度呈现周期脉冲的形式,如下图。在脉冲激光器性能的表征参数中,有峰值功率、平均功率、脉冲宽度、脉冲周期、重复频率(重频)等。



这里重点介绍峰值功率、平均功率以及如何对比连续激光器和脉冲激光器的输出光强。


1.峰值功率


对于脉冲激光器,峰值功率指的是激光脉冲的最大瞬时功率。但并不是在整个周期内都维持这个峰值功率输出的。


2.脉冲宽度


功率的上升和下降通常在一个较短的时间内,对应在时域有脉冲宽度的概念。脉冲宽度是激光时域信号的半高全宽τ,如100ns。


3.重复频率


重复频率f是脉冲周期T的倒数。

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4.脉冲能量与峰值功率、平均功率的关系


单脉冲能量E可以表示为峰值功率与脉宽的乘积或平均功率与脉冲周期的乘积:

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5.高能激光武器应用中的脉冲与连续激光器关注点


以高能激光武器的应用为例,根据激光武器的毁伤机理【高能激光毁伤机理】,主要依靠激光能量在靶标上的积累。这种场景下对于脉冲激光器不能只关注峰值功率,而应该关注平均功率


对于脉冲激光器,峰值功率很容易达到MW兆瓦级别。但它的平均光功率其实远没有峰值功率高。如德国Jena大学研制的脉冲激光器峰值功率达到190GW,单脉冲能量32mJ,但平均功率仅为703W。


对于连续激光器,目前商业化的工业级光纤激光器平均功率已超过125kw。这与脉冲激光器的平均功率相比,有数量级的差距。


连续激光器要想达到MW兆瓦级的功率输出,是十分有挑战性的一件事。目前,只有化学氧碘激光器、氟化氘激光器等化学激光器的输出功率突破了MW级别。


而光纤激光器、板条/薄片激光器等固体激光器则由于散热、效率等问题,尚未突破MW级。但化学激光器体积巨大、系统复杂,难以集成化、小型化和轻量化。这也是目前高能激光武器研发领域面临的技术难题之一。

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