对于飞秒和阿秒激光而言，一些人会说，激光脉冲能量越高越好。然而，许多研究人员都遇到过这种令人烦恼的情况：当激光脉冲能量很高的时候，电源就会报警，但测得的信号仍然很微弱。所以，在条件允许的情况下，追求高脉冲能量确实是一种选择；但是考虑到近年来激光技术的发展状况，一味追求高脉冲能量，真的是一种明智的选择吗？

对于某些应用而言，确实需要高脉冲能量，例如真空极化、核聚变，或者二次辐射产生。因此只要条件允许，可以购买高脉冲能量的激光器。

然而，在许多研究领域，仅仅追求高脉冲能量往往弊大于利。而将能量分散到多个脉冲上，提高重复频率，可以获得相同或更高的平均功率。本文主要介绍一些应用选择平均功率高、单脉冲能量中等的高能激光系统的原因。

原因一：输出稳定性高

过去10年或20年里出现的固态飞秒激光系统，远远优于上世纪末开发的第一个啁啾脉冲放大（CPA）系统。现在的飞秒激光器输出功率为几十瓦，单脉冲能量约为1mJ，重复频率从单脉冲可以到几兆赫兹。由半导体激光阵列泵浦，加上巧妙的光学设计，典型的Yb:KGW CPA激光系统拥有卓越的稳定性能。紧凑型设计使其占地面积小，同时也降低了对机械振动的敏感性，水冷外壳设计降低了环境温度变化带来的影响。

■重复频率为200kHz、最大输出功率为20W的飞秒激光器，具有很高的功率和能量稳定性。激光器连续工作12小时其功率均方根差为0.15%，因此其功率波动曲线几乎就是一条水平线（a）（b）。激光器10分钟工作时段内脉冲的能量稳定性更好，均方根差可达0.07%（c）

飞秒激光器的泵浦能量并不是由单个半导体激光器提供的，而是由几十个半导体激光器组成的阵列提供的，因此每个半导体激光器的稳定性对整个泵浦光的稳定性影响较小。最为重要的是，随着激光重复频率的增加，当相邻脉冲的时间间隔小于激活介质的激光跃迁寿命时（Yb: KGW增益介质的激光跃迁寿命为600µs，对应的重复频率为1·6kHz），激光增益介质开始作为一个低通滤波器，能够消除由泵浦光引起的不稳定性。因此，高重复频率的激光系统具有很高的功率和能量稳定性。

原因二：多数实验需要多脉冲

实验数据测量一般需要求平均值。如果这些信号光子是以巨大但不频繁的爆炸形式出现，或以小水滴的形式一个接一个地撞击探测器，都不会影响测量结果。例如，在测试时间内（1s），收集了同样数量的光子，最终的结果（其他因素相同）也就相同。

■重复频率100kHz、单脉冲能量400µJ的Yb:KGW激光诱导空气击穿。（黄色箭头指示的小亮点代表空气击穿位置；背景屏幕上的大白点是在空气中产生的白光超连续谱）

当然，实验测量往往并非如此简单。信号测量可能有一个能量阈值，除非信号光能够超过阈值，否则测量将受到影响。高重复频率的飞秒激光能量能够达到1mJ甚至更高，这是20年前钛宝石CPA飞秒激光系统的典型输出能量。如此高能量的激光脉冲在紧聚焦时，足以在空气中产生等离子体。因此，一台Yb:KGW CPA飞秒激光系统相当于由10-50个钛宝石激光系统组成，而每一个子激光系统都比旧系统稳定10倍以上。

原因三：多数实验并不需要使用所有可用的脉冲能量

选择高重复频率激光系统的最大原因是：在大多数情况下，实验条件并不允许人们使用所有可用的脉冲能量。