激光放大器

激光放大器是指利用光的受激輻射進行光的能量(功率)放大的器件。通過採用激光放大器，可以在獲得高的激光能量或功率時而又保持激光的質量（包括脈寬、線寬、偏振特性等）。常用於可控核聚變、核爆模擬、超遠激光測距等重大技術中的高功率激光系統。

獲得極高的輸出能量和功率，保持振盪器的光束質量，降低光學元件的破壞和損傷。

常見激光放大器可以分為兩類，即脈衝的或穩態的。如果輸入激光脈衝的時間寬度Δc小於放大器高能級的自發輻射壽命τ21，則稱為脈衝激光放大器。反之，Δc>τ21，的就稱為穩態激光放大器，它包括了長脈衝激光放大器和連續激光放大器。脈衝激光放大器以放大激光能量為主，而穩態激光放大器則主要是放大激光功率(或光強)，實際上激光振盪器也是這樣分類的。此外，脈衝激光放大器中，還可分出一類，稱之為超短脈衝放大器，它主要對鎖模激光脈衝進行放大，與鎖模激光器一樣有自己的特點。

1長脈衝激光放大器

一般振盪級激光器輸出的是連續的或一般脈衝激光器。

脈寬：τ>T1

其中T1是放大介質激發態的粒子由於輻射躍遷的縱向弛豫時間。弛豫時間：激發態的粒子所在的能級有一定的壽命，因此產生輻射躍遷有一定的滯後時間。固體：T1～10-3s主要由上能級的總壽命來決定。

因此上能級的粒子數消耗掉以後來得及由泵浦得以補充。這時腔內的光子數密度和工作物質的反轉粒子數可以認為不隨時間變化——穩態過程。

2脈衝放大器：

一般振盪級為調Q激光器～10-8s

T2<τ<T1

T1：縱向弛豫時間。

T2：橫向弛豫時間：放大介質中粒子相互交換能量過程引起的非輻射躍遷使激發態的粒子的感應偶極矩有一定的弛豫時間。

由於脈寬較小，在脈衝信號放大期間，工作物質的反轉粒子數和光子密度是隨時間變化的。——非穩態過程

3超短脈衝放大器：

脈衝窄，是鎖模激光器，輸出的脈衝10-11～10-15s。光信號和放大介質的相干作用是一種相干的放大作用。情況比較複雜，需要採用半經典理論進行討論。 ^[1] 

按照工作方式分類

行波激光放大器

再生激光放大器——做好模匹配

注入鎖定放大器——模匹配+位相鎖定

多程放大器 ^[2] 

圖為一個固體激光放大系統，它可以對振盪器產生的激光脈衝進行放大。

激光放大器工作時要注意以下特點：

1.振盪器和放大器的增益同步問題。當激光束後通過放大器(特別是在多級放大的情況)，只有讓放大器的增益落後振盪器一定時間，才能保擊出證當被放大的激光束通過時，能保持着最大的增益，即處於最佳工作狀態。

2.了防止放大器寄生振盪，放大器工作物質的兩端面應磨成布儒斯特角，或在輸入端面鍍增透膜。

3.為了防止放大器後級向前級反饋光束，干擾前級工作，故應在相鄰兩級之間裝置隔離器。

4.振盪器出來的光束直徑較細，而放大器工作物質的直徑較粗，故為了更有效地利用放大器工作物質的粒子數反轉，應把前級光束直徑用望遠鏡擴束，這就是光束直徑匹配的問題。

5.為了將放大器的粒子數反轉能量全部提取出來，通常放大器都被設計在飽和狀態下工作。

放大器中的工作物質在泵浦源的作用下，大量的粒子數由低能級向高能級躍遷，是高能級存在大量粒子數，但是由於放大器沒有諧振腔，故不能形成粒子數發轉躍遷形成激光，在諧振腔中產生的激光光束通過放大器時，該激光作為光信號使放大器中的高能態粒子受激發向下躍遷形成高能量激光。

一般只有在低功率下諧振腔中會產生高品質的激光（線寬，脈寬，偏振等）為了使該激光還能用高功率的激光束，就用到了激光放大器。這兩個工作物質有相同的能級系統目的是輸出的激光保持高質量不變。 ^[3] 

為獲得高的激光能量或功率而又保持激光的質量（包括脈寬、線寬、偏振特性等），通常採用激光放大的方法。對於常規的固體、氣體激光器，多采用振盪級加放大級的方案。在固體激光放大器中，使用一種相位共軛反射器（Phase Conjugate reflector）的方法，採用PCR，即可以獲得很高的放大倍率，又能夠保持很好的光束質量。PCR可以通過氣體、固體以及光纖等介質來實現。

與此同時，半導體激光放大器也在迅速發展。偏振依賴問題曾是一個難題，由於採用了張應變量子阱結構（或採用張應變與層應變結構組成的應變補償量子阱結構），比較好地解決了偏振依賴問題，所以半導體激光放大器的發展已顯示出優勢。特別是在1330nm波長上，由於目前光纖放大器還難以解決泵浦源等問題，因此 這個波段上的半導體激光放大器有望發揮大的效力。

此外，全光纖激光放大器的研製及其出色應用是近年來光子技術領域又一件引起廣泛關注的大事。目前主要在1550nm波段、以摻鉺光纖激光放大器(EDFA)為代表的器件研製獲得成功，並在光纖通信系統中獲得出色的應用，以致使光通信領域發生重大變革。提高EDFA的性能(如提高連級EDFA的信噪比、實現EDFA的增益平坦化等)、擴大EDFA的應用(如將其用於各種模式的通信系統)等，仍在深化研究之中。在新的波段，特別是在1330nm波段，實現光纖放大也是近年來被廣泛研究的課題。使用氟化物光纖完成的1330nm波段的光纖放大器也引人關注。