激光脉冲的平均功率和功率(终审稿)

激光脉冲的平均功率和功率，设脉冲激光器输出的单个脉冲持续时间（脉冲宽度）为：t,（实际为FWHM宽度）单个脉冲的能量：E,输出激光的脉冲重复周期为：T,那么,激光脉冲的平均功率Pav = E/T,（即在一个重复周期内的单位时间输出的能量）脉冲激光讲峰值功率（peak power）Ppk = E/t能量密度=（单脉冲能量*所用频率）/光斑面积算通常也用单位时间内的总能量除以光斑面积峰值功率=脉冲能量除以脉宽平均功率=脉冲能量*重复频率（每秒钟脉冲的个数）脉冲激光器的能量换算脉冲激光器的发射激光是不连续，一般以高重频脉冲间隔发射。

发射能量以功的单位焦耳J）计，即每次脉冲做功多少焦耳。

连续激光器发射的能量以功率单位瓦特（W）计量，即每秒钟做功多少焦耳，表示单位时间内做功多少。

瓦和焦耳的关系：1W=1J/秒。

一台脉冲激光器，脉冲发射能量是1焦耳/次，脉冲频率是50Hz,则每秒钟发射激光50次，每秒钟内做功的平均功率为：50X 1焦耳=50焦耳，所以，平均功率就换算为50瓦。

再举例说明峰值功率的计算，一台绿光脉冲激光器，脉冲能量是0.14mJ/次，每次脉宽20 ns,脉冲频率100kHz，平均功率为：0.14mJ X 100k=14J/s=14W，即平均功率为14瓦；峰值功率是每次脉冲能量与脉宽之比，即峰值功率：0.14mJ/20ns=7000W=7kW，峰值功率为7千瓦。

要想知道镜片的脉冲激光损伤阈值是否在承受极限内，既要计算脉冲激光的峰值功率，也要计算脉冲激光的平均功率，综合考虑。

如某ZnSe镜片的激光损伤阈值时是500MW/cm2,使用在一台脉冲激光器中，脉冲激光器的脉冲能量是10J/cm2，脉宽10ns，频率50kHz。

首先，计算平均功率：10J/cm2 X 50kHz=0.5MW/cm2 其次，再计算峰值功率：10J/cm2 / 10ns = 1000MW/cm2 从脉冲激光器的平均功率看，该镜片是能承受不被损伤的，但从脉冲激光器的峰值功率看，是大于该镜片的激光损伤阈值的。

第1篇一、实验目的1. 了解脉冲激光的基本原理和特性。

2. 掌握脉冲激光器的操作方法。

3. 学习脉冲激光在物理实验中的应用。

二、实验原理脉冲激光是一种具有极短脉冲宽度的激光，其时间分辨率极高，能够对时间尺度上迅速变化的现象进行观测。

脉冲激光具有以下特性：1. 脉冲宽度：脉冲激光的脉冲宽度通常在纳秒级别，甚至皮秒级别。

2. 脉冲重复频率：脉冲激光的脉冲重复频率可以从毫赫兹到吉赫兹不等。

3. 脉冲能量：脉冲激光的脉冲能量可以从微焦耳到千焦耳不等。

4. 相干性：脉冲激光具有良好的相干性，适用于干涉测量等实验。

三、实验仪器与设备1. 脉冲激光器：波长为532nm，脉冲宽度为10ns，脉冲重复频率为1kHz。

2. 光电探测器：用于检测激光脉冲的强度。

3. 光电计数器：用于测量激光脉冲的脉冲重复频率。

4. 激光光束控制器：用于调整激光光束的形状和方向。

5. 实验台：用于固定实验仪器。

四、实验内容与步骤1. 连接实验仪器，确保仪器工作正常。

2. 调整脉冲激光器的输出功率，使其达到实验要求。

3. 使用光电探测器检测激光脉冲的强度，记录数据。

4. 使用光电计数器测量激光脉冲的脉冲重复频率，记录数据。

5. 使用激光光束控制器调整激光光束的形状和方向，观察光束在实验台上的表现。

6. 根据实验数据，分析脉冲激光的特性。

五、实验结果与分析1. 光电探测器检测到的激光脉冲强度与脉冲激光器的输出功率基本一致，说明脉冲激光器工作正常。

2. 光电计数器测量到的激光脉冲重复频率为1kHz，与脉冲激光器的设定值一致，说明脉冲激光器的工作频率稳定。

3. 在实验台上，调整激光光束的形状和方向，发现脉冲激光具有良好的相干性，能够形成清晰的干涉条纹。

六、实验结论1. 脉冲激光具有极短脉冲宽度、良好的相干性等特性，适用于物理实验中的干涉测量等。

2. 脉冲激光器工作稳定，能够满足实验要求。

3. 通过本次实验，掌握了脉冲激光器的操作方法，加深了对脉冲激光特性的理解。

Basic Considerations on Power and Pulse Energy for Pulsed LasersPulsed lasers emit pulses with a certain energy content and at a certain repetition rate. In the following, the relation between peak power, average power, energy per pulse and repetition rate is displayed.An important parameter of a pulsed laser is the pulse energy (how much energy one pulse contains). This is determined by the pulse repetition rate and the average power (i.e. how much pulses create the average power over one second). The respective formula is:Average Power [W] = Pulse Energy [J] · Repetition Rate [Hz]or, more generally formulated: Pulse Energy [J] · Number of pulsesTime interval [s]Average Power [W] = Example I: A laser with an average power of 75 W and a 10 kHz repetition rate has the following pulse energy:75 W104 s -1 Pulse Energy = = 75 · 10-4 · Ws = 7.5 mJThe peak power (how much peak power is reached within this pulse) is important information. This is determined by the pulse width. Assuming a rectangular pulse, the respective formulas are:Pulse Energy [J]Pulse Width [s]Peak Power [W] = Average Power [W]Repetition Rate [Hz] · Pulse Width [s]Peak Power [W] =Example II: A laser with a pulse energy of 7.5 mJ and a pulse width of 60 ns has the following peak power:Peak Power = = 0.125 · 106 W = 125 kW 7.5 · 10-3 J60 · 10-9 s If the given values are the average power of 75 W, the repetition rate of 10 kHz and the pulse width of 60 ns, the calculation would be as follows:Peak Power = 75 W104 s -1 · 60 · 10-9 s = 1.25 · 105W = 125 kWDisclaimerThis article does not attempt to cover all aspects of laser beams. All references and numbers are typical. Scientific literature dealing with these aspects is readily available. A list of articles and books can be provided upon request.© ELS Elektronik Laser System GmbH, 64846 Gross-Zimmern, Germany, March 2003 1。

激光功率定义激光功率是激光技术中的一个重要参数，它决定了激光束的强弱程度。

激光功率的大小对于激光器的性能和应用领域都有着重要的影响。

激光功率通常以瓦（W）为单位来表示，它是指激光器每秒钟发射出的能量。

激光器的功率越高，它所发射的激光束就越强大。

激光功率的大小取决于激光器的设计和制造工艺，以及所使用的激光介质和泵浦方式等因素。

激光功率的大小对于激光器的应用具有重要意义。

在医学领域，激光器的功率决定了其在激光手术和激光治疗中的效果。

高功率的激光器可以快速切割组织或破坏病变，而低功率的激光器则可以用于组织修复和疼痛治疗等。

在工业领域，激光器的功率决定了其在激光切割、激光焊接和激光打印等工艺中的作用。

高功率的激光器可以快速完成复杂的切割和焊接任务，提高生产效率。

在科学研究领域，激光器的功率决定了其在光谱分析、原子物理和量子力学等实验中的用途。

高功率的激光器可以提供足够的光强，以便观察微小的光学现象。

激光功率的大小也对激光器的性能产生影响。

高功率的激光器通常意味着更高的光子密度和更强的光场强度，这会导致更多的非线性光学效应和光学损伤。

因此，在设计和制造激光器时，需要权衡功率和可靠性之间的关系。

另外，激光功率的大小还与激光器的光束质量有关。

高功率的激光器通常需要更好的光束质量，以保证激光束的聚焦能力和传输稳定性。

在实际应用中，激光功率的选择需要考虑多个因素。

首先，需要根据具体的应用需求确定所需的功率范围。

其次，需要考虑激光器的成本和可靠性等因素。

此外，还需要考虑激光器所处的工作环境和使用条件，以确保激光器的性能和稳定性。

激光功率是激光技术中的一个重要参数，它决定了激光器的性能和应用领域。

激光功率的大小对于激光器的应用具有重要意义，它影响着激光器在医学、工业和科学研究等领域的效果和作用。

在实际应用中，需要综合考虑多个因素来选择合适的激光功率。

通过合理调控激光功率，可以实现更精确、高效和可靠的激光应用。

STR系列脉冲光纤激光器光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。

STR系列脉冲激光器设计紧凑，光纤传输，衍射极限光束质量，最高输出功率可达100W。

完美的光束质量，稳定的功率输出，高性价比性能，免维护操作，是一款多用途的激光处理工具。

工作原理：光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，其导光原理是利用光的全反射原理，即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时，将发生全反射，入射光全部反射到折射率大的光密介质，折射率小的光疏介质内将没有光透过。

普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。

光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。

单模光纤的芯径较小，只能传播一种模式的光，其模间色散较小。

多模光纤的芯径较粗，可传播多种模式的光，但其模间色散较大。

按折射菲菲内部可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。

以稀土掺杂光纤激光器为例，掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从M1入射到光纤中，从M2输出激光。

当泵浦光通过光纤时，光纤中的稀土离子吸收泵浦光，其电子呗激励到较高的激发能级上，实现了离子数反转。

反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态，输出激光。

特点：高效率好光束质量紧凑设计免维护应用：打标雕刻微加工精密钻孔（光纤激光器产品图片）。

脉冲激光功率密度计算公式
脉冲激光功率密度计算公式为：
功率密度（P）= 脉冲能量（E）/ 脉冲宽度（t）
其中，脉冲能量（E）表示激光脉冲的总能量，通常以焦耳（J）为单位；脉冲宽度（t）表示激光脉冲的持续时间，通常以秒（s）为单位。

根据单位换算，功率密度的单位通常为焦耳/秒（J/s）或瓦特/平方米（W/m^2）。

需要注意的是，这个公式适用于单个脉冲的功率密度计算。

对于多个连续脉冲的功率密度计算，需要考虑重复频率（即单位时间内脉冲发射的次数），并将每个脉冲的功率密度求平均。

思考练习题11． 试计算连续功率均为1W 的两光源，分别发射λ＝0.5000μm ，ν=3000MHz 的光，每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？答：粒子数分别为：188346341105138.21031063.6105.01063.61⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯==---λνc h q n 239342100277.51031063.61⨯=⨯⨯⨯==-νh q n2．热平衡时，原子能级E 2的数密度为n 2，下能级E 1的数密度为n 1，设21g g =，求：(1)当原子跃迁时相应频率为ν＝3000MHz ，T ＝300K 时n 2/n 1为若干。

(2)若原子跃迁时发光波长λ＝1μ，n 2/n 1＝0.1时，则温度T 为多高？答：（1）(//m n E E m m kTn n n g e n g --=）则有：1]3001038.11031063.6exp[2393412≈⨯⨯⨯⨯⨯-==---kT h e n n ν（2）K T Te n n kT h 3623834121026.61.0]1011038.11031063.6exp[⨯=⇒=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-==----ν3．已知氢原子第一激发态(E 2)与基态(E 1)之间能量差为1.64×l0－18J ，设火焰(T ＝2700K)中含有1020个氢原子。

设原子按玻尔兹曼分布，且4g 1＝g 2。

求：(1)能级E 2上的原子数n 2为多少？(2)设火焰中每秒发射的光子数为l08 n 2，求光的功率为多少瓦？答：（1）1923181221121011.3]27001038.11064.1exp[4----⨯=⨯⨯⨯-⨯=⇒=⋅⋅n n e g n g n kTh ν且202110=+n n 可求出312≈n（2）功率＝W 918810084.51064.13110--⨯=⨯⨯⨯4．(1)普通光源发射λ＝0.6000μm 波长时，如受激辐射与自发辐射光功率体密度之比q q 激自1=2000，求此时单色能量密度νρ为若干？(2)在He —Ne 激光器中若34/100.5m s J ⋅⨯=-νρ，λ为0.6328μm ，设μ＝1，求q q 激自为若干？ 答：（1）3173436333/10857.31063.68)106.0(2000188m s J h h c q q ⋅⨯=⇒⨯⨯⨯=⇒=---ννννρρπρπλρνπ＝自激（2）943436333106.71051063.68)106328.0(88⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==---πρπλρνπννh h c q q ＝自激5．在红宝石Q 调制激光器中，有可能将全部Cr 3＋(铬离子)激发到激光上能级并产生巨脉冲。