隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展，脈沖激光器在工業(yè)加工、精密制造及科學(xué)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。與連續(xù)輸出激光不同，脈沖激光器可通過特定技術(shù)將能量壓縮于極短時間內(nèi)釋放，從而實現(xiàn)更高的峰值功率與更精細(xì)的控制精度。其中，增益開關(guān)、調(diào)Q及鎖模技術(shù)是產(chǎn)生脈沖激光的三大核心手段，分別對應(yīng)微秒、納秒及皮秒/飛秒級脈寬，可滿足不同場景的應(yīng)用需求。

    增益開關(guān)技術(shù)：基于泵浦調(diào)控的微秒級脈沖輸出
    增益開關(guān)技術(shù)的核心原理是通過直接調(diào)控泵浦光（Pump光）的通斷狀態(tài)產(chǎn)生脈沖激光。
    從物理機制來看，激光的產(chǎn)生依賴于泵浦光激發(fā)增益介質(zhì)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)泵浦光開啟時，光子在諧振腔內(nèi)持續(xù)增殖（即"增益"過程），形成激光輸出；當(dāng)泵浦光關(guān)閉，激光輸出隨即終止。通過電控方式對泵浦二極管的開關(guān)頻率（重復(fù)頻率）及開關(guān)時間占比（占空比）進行高速調(diào)節(jié)，可使輸出激光脈沖同步呈現(xiàn)相同的頻率特性。操作人員僅需通過上位機軟件輸入目標(biāo)頻率與占空比，即可便捷獲取所需脈沖參數(shù)。
    該技術(shù)產(chǎn)生的脈沖具有顯著特征：**峰值功率與連續(xù)激光輸出相當(dāng)，但平均功率顯著降低**。平均功率（即功率計示數(shù)）的計算方式為對1秒內(nèi)所有激光開啟時段的功率進行積分。由于其脈寬處于微秒量級（10??秒），增益開關(guān)技術(shù)適用于需嚴(yán)格控制熱量的應(yīng)用場景。
    在工業(yè)領(lǐng)域，高功率（10kW級）光纖激光器廣泛采用增益開關(guān)技術(shù)。例如，在金屬切割過程中，較低的平均功率可有效縮小材料熱影響區(qū)，避免切割邊緣因過熱發(fā)生變形；切割高反射材料（如銅、鋁）時，脈沖式出光可降低反射光在激光器內(nèi)部器件（尤其是CMS）的熱累積，減少熱損傷風(fēng)險。在3D打印領(lǐng)域，脈沖調(diào)制能夠細(xì)化熔池晶粒，提升打印零件的抗疲勞性能。此外，由于其屬于間斷性出光，熱累積相對較少，因此存在通過適當(dāng)提高電流以增加脈沖峰值功率的可能性，這為高功率光纖激光器提供了更寬泛的可控輸出區(qū)間，以適配不同加工工藝需求。

    調(diào)Q技術(shù)：基于諧振腔調(diào)控的納秒級脈沖輸出
    與增益開關(guān)技術(shù)"調(diào)控泵浦、不調(diào)控諧振腔"的特點不同，調(diào)Q技術(shù)的核心在于"調(diào)控諧振腔、不調(diào)控泵浦"——泵浦光始終保持開啟狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)諧振腔的品質(zhì)因數(shù)（Q值）實現(xiàn)脈沖輸出控制。
    Q值是表征諧振腔損耗程度的物理量：Q值越高，腔內(nèi)損耗越小，激光越易形成振蕩；Q值越低，腔內(nèi)損耗越大，激光難以產(chǎn)生。調(diào)Q過程可類比為"蓄水放水"機制：首先通過人為方式增大腔內(nèi)損耗（如采用光闌阻斷光路），使Q值驟降，此時泵浦光持續(xù)向增益介質(zhì)輸入能量，上能級粒子數(shù)不斷累積卻無法形成激光輸出；當(dāng)粒子數(shù)積累至臨界值時，突然減小損耗（如移除光闌），Q值驟升，上能級粒子快速躍遷，瞬間釋放大量能量，形成強脈沖輸出。
    該技術(shù)能在泵浦功率不變的條件下顯著提高脈沖能量，產(chǎn)生納秒量級（10??秒）的脈沖。由于能量集中于更短時間尺度，調(diào)Q激光可實現(xiàn)更高效的材料去除或改性。例如，在激光打標(biāo)應(yīng)用中，納秒脈沖可在材料表面形成清晰精細(xì)的標(biāo)記，且熱影響區(qū)小于微秒脈沖。
    實現(xiàn)調(diào)Q的光器件包括聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器及可飽和吸收體等，其通過不同物理機制調(diào)控腔內(nèi)損耗，最終實現(xiàn)能量的集中釋放。

    鎖模技術(shù)：基于縱模同步的超短脈沖輸出
    若需獲得更短脈沖（皮秒甚至飛秒，即10?¹²秒或10?¹?秒），鎖模技術(shù)是核心解決方案。其本質(zhì)是使激光器內(nèi)大量縱模（具有不同諧振頻率的模式）實現(xiàn)相位同步，從而形成超短脈沖。
    激光器的縱模原本處于非同步狀態(tài)：由于自發(fā)輻射光子的相位隨機性，不同縱模的相位會發(fā)生緩慢漂移，難以形成有效干涉。鎖模技術(shù)通過在腔內(nèi)引入調(diào)制器（如可飽和吸收體、聲光或電光調(diào)制器），對縱模進行周期性擾動，迫使各縱模保持固定的相位間隔，實現(xiàn)整齊排列。
    以可飽和吸收體為例，其工作機制可概括為"選擇性增強"過程：
    1.初始階段，各縱模相位隨機，時域上呈現(xiàn)雜亂的光強起伏，僅能量較高的部分可穿透吸收體（弱光會被吸收損耗）；
    2.幸存的強光返回增益介質(zhì)后，通過受激輻射產(chǎn)生更多同相位縱模，能量進一步增強；
    3.脈沖邊緣光強低于中心區(qū)域，會被吸收體更多地?fù)p耗，最終脈沖寬度被壓縮，形成相位完全同步的超短脈沖。
    皮秒/飛秒級超短脈沖具有極高的峰值功率和極短的持續(xù)時間，能夠在材料發(fā)生熱擴散前完成加工，因此在精密微加工、生物醫(yī)學(xué)成像、超快光譜學(xué)等領(lǐng)域具有不可替代的作用。例如，在半導(dǎo)體芯片制造中，飛秒激光可實現(xiàn)納米級精度切割，且不會對周圍材料造成熱損傷。

    技術(shù)特性總結(jié)與應(yīng)用場景對比
    從微秒到飛秒，增益開關(guān)、調(diào)Q及鎖模技術(shù)在不同時間尺度上實現(xiàn)了對激光脈沖的精準(zhǔn)調(diào)控：
    增益開關(guān)技術(shù)以靈活可控的微秒脈沖平衡功率與熱量，適用于工業(yè)加工的大規(guī)模應(yīng)用場景；
    調(diào)Q技術(shù)通過納秒脈沖實現(xiàn)能量的集中爆發(fā)，可提升精細(xì)加工效率；
    鎖模技術(shù)通過縱模同步產(chǎn)生超短脈沖，為前沿科研及超精密制造提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

    這三種技術(shù)共同構(gòu)成了脈沖激光器的核心技術(shù)體系，使其能夠在不同應(yīng)用場景中實現(xiàn)"精準(zhǔn)控溫"與"高效能量釋放"的靈活切換，持續(xù)拓展著人類對激光加工設(shè)備的駕馭能力與應(yīng)用邊界。