對於(yu) 飛秒和阿秒激光而言，一些人會(hui) 說，激光脈衝(chong) 能量越高越好。然而，許多研究人員都遇到過這種令人煩惱的情況：當激光脈衝(chong) 能量很高的時候，電源就會(hui) 報警，但測得的信號仍然很微弱。所以，在條件允許的情況下，追求高脈衝(chong) 能量確實是一種選擇；但是考慮到近年來激光技術的發展狀況，一味追求高脈衝(chong) 能量，真的是一種明智的選擇嗎？

對於(yu) 某些應用而言，確實需要高脈衝(chong) 能量，例如真空極化、核聚變，或者二次輻射產(chan) 生。因此隻要條件允許，可以購買(mai) 高脈衝(chong) 能量的激光器。

然而，在許多研究領域，僅(jin) 僅(jin) 追求高脈衝(chong) 能量往往弊大於(yu) 利。而將能量分散到多個(ge) 脈衝(chong) 上，提高重複頻率，可以獲得相同或更高的平均功率。本文主要介紹一些應用選擇平均功率高、單脈衝(chong) 能量中等的高能激光係統的原因。

原因一：輸出穩定性高

過去10年或20年裏出現的固態飛秒激光係統，遠遠優(you) 於(yu) 上世紀末開發的第一個(ge) 啁啾脈衝(chong) 放大（CPA）係統。現在的飛秒激光器輸出功率為(wei) 幾十瓦，單脈衝(chong) 能量約為(wei) 1mJ，重複頻率從(cong) 單脈衝(chong) 可以到幾兆赫茲(zi) 。由半導體(ti) 激光陣列泵浦，加上巧妙的光學設計，典型的Yb:KGW CPA激光係統擁有卓越的穩定性能。緊湊型設計使其占地麵積小，同時也降低了對機械振動的敏感性，水冷外殼設計降低了環境溫度變化帶來的影響。

■重複頻率為(wei) 200kHz、最大輸出功率為(wei) 20W的飛秒激光器，具有很高的功率和能量穩定性。激光器連續工作12小時其功率均方根差為(wei) 0.15%，因此其功率波動曲線幾乎就是一條水平線（a）（b）。激光器10分鍾工作時段內(nei) 脈衝(chong) 的能量穩定性更好，均方根差可達0.07%（c）

飛秒激光器的泵浦能量並不是由單個(ge) 半導體(ti) 激光器提供的，而是由幾十個(ge) 半導體(ti) 激光器組成的陣列提供的，因此每個(ge) 半導體(ti) 激光器的穩定性對整個(ge) 泵浦光的穩定性影響較小。最為(wei) 重要的是，隨著激光重複頻率的增加，當相鄰脈衝(chong) 的時間間隔小於(yu) 激活介質的激光躍遷壽命時（Yb: KGW增益介質的激光躍遷壽命為(wei) 600µs，對應的重複頻率為(wei) 1·6kHz），激光增益介質開始作為(wei) 一個(ge) 低通濾波器，能夠消除由泵浦光引起的不穩定性。因此，高重複頻率的激光係統具有很高的功率和能量穩定性。

原因二：多數實驗需要多脈衝(chong)

實驗數據測量一般需要求平均值。如果這些信號光子是以巨大但不頻繁的爆炸形式出現，或以小水滴的形式一個(ge) 接一個(ge) 地撞擊探測器，都不會(hui) 影響測量結果。例如，在測試時間內(nei) （1s），收集了同樣數量的光子，最終的結果（其他因素相同）也就相同。

■重複頻率100kHz、單脈衝(chong) 能量400µJ的Yb:KGW激光誘導空氣擊穿。（黃色箭頭指示的小亮點代表空氣擊穿位置；背景屏幕上的大白點是在空氣中產(chan) 生的白光超連續譜）

當然，實驗測量往往並非如此簡單。信號測量可能有一個(ge) 能量閾值，除非信號光能夠超過閾值，否則測量將受到影響。高重複頻率的飛秒激光能量能夠達到1mJ甚至更高，這是20年前鈦寶石CPA飛秒激光係統的典型輸出能量。如此高能量的激光脈衝(chong) 在緊聚焦時，足以在空氣中產(chan) 生等離子體(ti) 。因此，一台Yb:KGW CPA飛秒激光係統相當於(yu) 由10-50個(ge) 鈦寶石激光係統組成，而每一個(ge) 子激光係統都比舊係統穩定10倍以上。

原因三：多數實驗並不需要使用所有可用的脈衝(chong) 能量

選擇高重複頻率激光係統的最大原因是：在大多數情況下，實驗條件並不允許人們(men) 使用所有可用的脈衝(chong) 能量。