定义
一种通过调制激光增益在激光器中产生短光脉冲的技术。
增益切换是一种通过泵浦功率快速调制激光增益来产生脉冲的方法。 如果突然对激光器施加高泵浦功率，则激光发射只会有一定的延迟，因为它从弱荧光开始，首先需要在多次谐振器往返中放大。 因此，一定量的能量可以存储在增益介质中，随后以短脉冲的形式提取。 获得的脉冲可以短于泵浦脉冲，也可以短于上状态寿命；动力学基本上与尖峰现象相同，其中泵浦功率施加的时间足够短，仅产生第一个尖峰。
泵浦脉冲能量越高，脉冲积聚时间越短，因此所需的泵脉冲持续时间就越短。 增益开关激光器的脉冲建立时间可以通过使用更长的激光谐振器来增加，但这也会增加输出脉冲持续时间。
泵浦功率可以在脉冲之间完全关闭，或者可以保持在略低于激光阈值的水平。
图1：模拟固态激光器增益切换的功率演变。泵浦能量如此之高，以至于激光脉冲在泵浦脉冲的末端发射。对于更高的泵浦能量，激光脉冲会过早开始，并且可能会发射第二个脉冲。
增益开关与自由运行操作
有带有脉冲泵浦源（例如闪光灯）的Q开关激光器（主要是固态激光器）。 当省略或禁用Q开关时，这种激光器仍然具有脉冲输出，尽管脉冲持续时间通常更长，稳定性通常较低。 然后，人们可能会倾向于将这种工作模式称为增益开关，因为脉冲发射是由激光增益的调制引起的。 但是，术语增益切换不应用于获得准连续波操作的情况。
增益开关的应用
增益切换可应用于各种类型的激光器：
气体激光器
一些气体激光器可以在脉冲激发电流下工作。 这通常使用TEA二氧化碳激光器（CO2激光器），仅适用于脉冲操作。 但是，结果不一定是使用第一个发射尖峰意义上的增益切换；它也可能是在有限时间内的一种准连续波操作。
染料激光器
在其他情况下，脉冲激光器用于光学泵浦增益开关激光器。 例如，氮气紫外激光器或准分子激光器可用于染料激光器的脉冲泵浦。
固态激光器
固态体激光器或光纤激光器如果仅泵浦长达几微秒，则可以发射单个尖峰。 脉冲持续时间可能为数十到数百纳秒。 然而，由于脉冲能量有限，这种工作模式很少使用。
激光二极管
也可以使用短电流脉冲或连续调制信号操作半导体激光管。 这可能导致持续时间为几纳秒甚至几十皮秒的光脉冲，脉冲重复率高达几千兆赫兹，如电信应用。
与锁模激光器相比，增益开关半导体激光管可以轻松调整宽范围内的脉冲重复率，因为它可以使用电子驱动器进行控制，而无需更改激光谐振器设置。 此外，它们更简单、更紧凑。 然而，定时抖动和其他脉冲参数的波动比锁模激光器大。 随后的脉冲不是相互相干的。
增益开关半导体激光管的脉冲能量相当有限，因为峰值功率通常不会比长脉冲高多少。 当试图产生具有更高能量的更长脉冲时，如果需要平滑的时间脉冲曲线，增益开关峰值可能会令人不安。
产生高能纳秒脉冲的一种有趣方法是将增益开关半导体激光管与光纤放大器相结合。 通过这种方式，可以产生具有微焦耳或毫焦耳能量的脉冲。 这种方法在脉冲持续时间、形状和重复率方面提供了高度的灵活性。 然而，由于种子脉冲能量低，需要相当高的放大器增益，因此通常需要多个放大器级和额外的滤光片来实现对放大自发发射的充分抑制。
增益开关半导体激光管也可用作光参量放大器的种子激光器。
有关更多详细信息，请参阅有关皮秒二极管激光器的文章。
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