鎘激光器

㈠ 形形色色的激光器是什麼

能產生激光的系統，我們稱之為激光器。由於科學技術的發展，激光器的設計和製造也日趨完善，名目繁多的各種型號的激光器，像雨後春筍般地不斷涌現。

堅固耐用的固體激光器

固體激光器的工作物質是在基質材料的晶體或玻璃中均勻地摻入少量的激活離子（指能級結構具備光放大條件的離子）。真正發光的是激活離子，如紅寶石三能級系統中的鉻離子、釹玻璃四能級系統中的釹離子等，因此，又稱為固體離子激光器。激活離子按元素周期表中所分有三類：過渡性金屬元素——鉻、錳、鈷、鎳、釩等；大多數稀土元素——釹、鏑、鈥、鐠等；個別放射性元素如鈾等。每種激活離子都具有與之相適應的一種或幾種基質材料。晶體已有上百種，玻璃幾十種，但真正實用的基質材料不過是紅寶石和釔鋁石榴晶體以及硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、硼硅和氟化物玻璃等幾種。

固體材料的活性離子密度介於氣體和半導體之間。固體材料的亞穩態壽命比較長，自發輻射的光能損失小，貯能能力強，故適於採用所謂的調Q技術產生高功率脈沖激光。另外，固體材料的熒光線較寬，經「鎖模」後可以獲得超短脈沖的超強激光輻射。固體激光器中，紅寶石是三能級系統，其餘大都是四能級系統。

固體激光器通常用泵燈進行光激勵，所以壽命和效率受到泵燈的限制。盡管如此，固體器件小而堅固，脈沖輻射功率很高，所以應用范圍較廣泛。

小巧玲瓏的半導體激光器

固態物質中，允許大量電子自由自在地在它裡面流動的叫導體；只允許極少數電子通過的叫絕緣體；導電性低於導體又高於絕緣體的叫半導體。激光工作物質採用半導體的激光器叫半導體激光器。盡管半導體本身也是一種固體，而且發光機理就本質上講與固體激光器沒有多大差別。但由於半導體物質結構不同，產生激光的受激輻射躍遷的高能級和低能級分別是「導帶」和「價帶」，輻射是電子與「空穴」復合的結果，具有其特殊性，所以沒有將它列入固體激光器。

半導體激光工作物質有幾十種，較為成熟的是砷化鎵（GaAs）、摻鋁砷化鎵等。激勵方式有光泵浦、電子轟擊、電注入式等。

半導體激光器體積小、重量輕、壽命長、結構簡單，因此，特別適於在飛機、軍艦、車輛和宇宙飛船上使用。有些半導體激光器可以通過外加的電場、磁場、溫度、壓力等改變激光的波長，即所謂的調諧，可以很方便地對輸出光束進行調制；半導體激光器的波長范圍為0.32～34微米，較寬廣。它能將電能直接轉換為激光能，效率已達10％以上。所有這些都使它受到重視，所以發展迅速，目前已廣泛應用於激光通信、測距、雷達、模擬、警戒、引燃引爆和自動控制等方面。

半導體激光器最大的缺點是：激光性能受溫度影響大，比如砷化鎵激光，當溫度從絕對溫度77°K變到室溫時，激光波長從0.84變到0.91微米。另外，效率雖高，但因體積小，總功率並不高，室溫下連續輸出不過幾十毫瓦，脈沖輸出只有幾瓦到幾十瓦。光束的發散角，一般在幾度到20度之間，所以在方向性、單色性和相乾性等方面較差。

結構簡單的氣體激光器

以氣體為工作物質的激光器稱為氣體激光器。它是目前品種最多、應用很廣泛的一類激光器。單色性和相乾性都比較好，能長時間較穩定地工作，大都能連續工作。激光波長已達數千種，廣泛地分布在紫外到遠紅外波段范圍內。一般說來，氣體激光器結構簡單、造價低廉、操作方便。由於上述優點，在民用和科學研究中，比如工農業、醫學、精密測量、全息技術等方面應用很廣。但多數工作氣體的氣壓較低，單位體積中的粒子數大約只有固體中激活離子數的千分之幾，所以瞬時功率不高。不過少數象二氧化碳（C02）氣體激光器：不論脈沖輻射功率還是連續輻射功率都達到了相當高的水平。

氣體激光工作物質有原子、離子和分子氣體三大類。原子氣體都是中性的，激活成分分惰性氣體（氦、氖、氬、氪、氙）和金屬蒸氣（銫、鉛、鋅、錳、銅）等。惰性氣體原子的激光波長大都分布在紅外、遠紅外區，少數在可見光范圍。氦氖氣體是其典型代表。

原子丟掉最外層的電子後就成了離子，丟掉幾個電子就叫幾價離子。氣態離子的激光工作物質大致也分兩類：氬、氪、氙等惰性氣體離子激光器；鎘、硒、鋅、銅等金屬蒸氣離子激光器。離子氣體激光功率雖比原子氣體高一些，但激光波長大多數在紫外和可見光部分，所以使用有一定的范圍。

中性氣體的激活成分有三類：一氧化碳、氮氣、氫氣、氧氣等雙原子分子；二氧化碳、氧化二氮、水蒸氣等三原子分子以及少數多原子分子。分子氣體激光器的特點是：波長范圍最廣，從紫外到遠紅外都有激光產生，輸出功率大，轉換效率高。其中二氧化碳（CO2）激光波長為10.6微米，正好落在大氣窗口，能在大氣中傳得很遠，又處於不可見的中紅外區，功率大、效率高，所以，在軍事上應用很廣。

在氣體激光介質中，除激活成分外，一般還摻入適量輔助氣體，以提高激光輸出功率，改善激光性能和延長激光器壽命等。

氣體激光器有電能、熱能、化學能、光能、核能等多種激勵方式。電能激勵中又有直流電、交流電、射頻放電等方式之分。

功率巨大的化學激光器

通過化學反應實現粒子數反轉的激光器叫化學激光器。盡管它的工作物質多用氣體（也有用液體的），結構大多和氣體激光器相似，但在化學反應的引發、粒子數反轉過程等方面有其特殊性，尤其必須通過化學反應實現激光器的運轉，所以，並不把它並入氣體激光器而單獨介紹。

化學物質本身蘊藏有巨大的化學能，比如每公斤氟、氫燃料反應生成氟化氫（HF）時，能放出約1.3×107焦耳的能量。由於它能在單位體積內集中有大量的能量，當化學能直接轉換為受激輻射時，就可以獲得高能激光。另外，它的裝置體積不大，重量又輕，很受軍方青睞。1978年美國海軍的艦載激光武器打靶試驗，就是採用40萬瓦連續波氟化氘（DF）化學激光器。我國自行設計研製的1太瓦（等於1兆兆瓦）大型高功率激光器——神光裝置也是一台化學激光器。美國曾研製過一種台式化學高功率激光系統，瞬間功率達10太瓦（等於10兆兆瓦），相當於美國全部發電站總輸出功率的20倍！

由於化學激發能源來自化學反應，因而基本上無需外部提供能量，對外依賴性很小，這對野外和軍事應用實在是求之不得的。前面所討論過的激光器都必須外激發能源，尤其是電能，其電源往往就佔去了激光器的絕大部分體積和重量。一台功率10萬瓦的激光器，若總體效率為千分之一，就必須有一台10萬千瓦以上的發電機專門為它供電。當然，化學激光器還多少用一點外能源引發化學反應，但需要量很小，比起其他激光器的激發能源來，簡直是微不足道。

化學激光工作物質多數有毒，甚至玻璃一類的物質也容易被腐蝕。又由於在化學反應中，粒子數能級分布較分散，所以激光單色性較差。化學激光工作物質氣壓目前仍比較低，反應能的利用率還不太高，這些都有待於改進。

波長極短的準分子激光器

「準分子」不同於一般的穩定分子，它並不是真正的分子，在自然界的正常狀態中也不存在。準分子是人工製造的一種僅能在激發態以分子形式存在（激發態壽命10-8秒），而在基態（基態壽命10－3秒）則離解成原子的不穩定復合物，也就是說，它在激發態復合成分子，在基態又離解為原子。如惰性氣體原子，最外層軌道（殼層）被電子填滿，因此它的原子價為零，一般不與任何原子結合成分子。但當它們一旦受到某種外界激勵處於激發態時，就可以與其他原子結合成一個不穩定分子，習慣上稱作「受激準分子」。當受激準分子從激發態受激躍遷回基態時（準分子離解為原來的原子狀態），通過受激輻射和諧振放大作用就會有激光輸出。這種激光器就叫做「準分子激光器」。

準分子激光器是70年代以來新崛起的一種高能脈沖器件，脈沖寬為微微秒（10-12）秒級，脈沖峰值功率超過千兆（109）瓦，脈沖能量大於100焦耳，脈沖重復頻率每秒幾百次，效率超過10％。雖然脈沖峰值功率比起化學脈沖激光器的1012瓦尚差三個數量級，但從發展來看前途很大。尤其是準分子激光器件的波長大多分布在紫外區，波長又可調，可望在受控核聚變、同位素分離、等離子體診斷、有機物的冷光滑機械加工、星際通信、光武器等方面一展身手。

與眾不同的自由電子激光器

自由電子的受激輻射原理，雖然1951年曾有人提出，但直到1977年美國斯坦福大學用2.4千高斯的超導磁場、43兆電子伏特能量的電子束，才在波長3.4微米處，獲得了0.36瓦的激光平均功率和7千瓦的峰值功率。所謂「自由電子激光器」，是指一種高功率連續可調諧的新穎激光器件，需要用加速器等復雜設備。這種激光器從理論到實驗目前尚不成熟。

自由電子激光器的工作機制與眾不同，它是從加速器中獲得幾千萬電子伏特的高能調整電子束，這些調整電子經過周期性磁場，形成不同能態的能級，然後在它們之間實現粒子數反轉並產生受激輻射。

自由電子不受原子核的束縛，這樣，自由電子的運動就比較自由，它的能級結構與束縛電子的固定能級結構相比，自由而不受限制。因此，激光輻射波長或頻率隨電子能級的變化（主要由電子能量大小決定）就可以調諧。目前，調諧是通過改變電子束能量大小和磁場強弱的辦法。調諧范圍可以從微波到紅外，甚至X射線波段。

正是由於自由電子不受原子核束縛和不受固定電子軌道的限制等，激光功率和效率可以不斷提高，這種器件既能振盪又能放大，脈沖或連續運轉均可。另外，自由電子的能量不易「衰老」，若採用儲存環結構的加速器，電子束還可以重復使用，使效率進一步提高。

㈡ 激光器的工作物質

根據工作物質物態的不同可把所有的激光器分為以下幾大類：①固體激光器（晶體和玻璃），這類激光器所採用的工作物質，是通過把能夠產生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質中構成發光中心而製成的；②氣體激光器，它們所採用的工作物質是氣體，並且根據氣體中真正產生受激發射作用之工作粒子性質的不同，而進一步區分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準分子氣體激光器等；③液體激光器，這類激光器所採用的工作物質主要包括兩類，一類是有機熒光染料溶液，另一類是含有稀土金屬離子的無機化合物溶液,其中金屬離子（如Nd）起工作粒子作用，而無機化合物液體（如SeOCl2）則起基質的作用；④半導體激光器，這類激光器是以一定的半導體材料作工作物質而產生受激發射作用，其原理是通過一定的激勵方式(電注入、光泵或高能電子束注入)，在半導體物質的能帶之間或能帶與雜質能級之間，通過激發非平衡載流子而實現粒子數反轉，從而產生光的受激發射作用；⑤自由電子激光器，這是一種特殊類型的新型激光器，工作物質為在空間周期變化磁場中高速運動的定向自由電子束，只要改變自由電子束的速度就可產生可調諧的相干電磁輻射，原則上其相干輻射譜可從X射線波段過渡到微波區域，因此具有很誘人的前景。 介質是氣體的激光器，此種激光器通過放電得到激發。
氦氖激光器：最重要的紅光放射源（632.8 nm）。
二氧化碳激光器：波長約10.6 μm（紅外線），重要的工業激光。
一氧化碳激光器：波長約6-8 μm（紅外線），只在冷卻的條件下工作。
氮氣激光器：337.1 nm (紫外線)。
氬離子激光器：具有多個波長，457.9 nm (8%)丶476.5 nm (12%)丶488.0 nm (20%)丶496.5 nm (12%)丶501.7 nm (5%)丶514.5 nm (43%)（由藍光到綠光）。
氦鎘激光器：最重要的藍光（442nm）和近紫外激光源（325nm）。
氪離子激光器：具有多個波長，350.7nm丶356.4nm丶476.2nm丶482.5nm丶520.6nm丶530.9nm丶586.2nm丶647.1nm (最強)丶676.4nm丶752.5nm丶799.3nm (從藍光到深紅光)。
氧離子激光器
氙離子激光器
混合氣體激光器：不含純氣體，而是幾種氣體的混合物（一般為氬丶氪等）。
準分子激光器：比如KrF (248 nm)丶XeF (351-353 nm)丶ArF (193 nm)丶XeCl (308 nm)丶F2 (157 nm) (均為紫外線)。
金屬蒸汽激光器：比如銅蒸汽激光器，波長介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強性，可以不用諧振鏡。
金屬鹵化物激光器：比如溴化銅激光器，波長介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強性，可以不用諧振鏡。
化學激發激光器是一種特殊的形式。激發通過媒介中的化學反應來進行。媒介是一次性的，使用後就被消耗掉了。對於高功率的條件及軍事領域是非常理想的。
鹽酸激光器
碘激光器 介質是固體的激光器，此種工作物質通過燈丶半導體激光器陣列丶其他激光器光照泵浦得到激發。熱透鏡效應是大多數固體激光器的一項缺陷。
紅寶石激光器：世界上第一台激光器，1960年7月7日，美國青年科學家梅曼宣布世界上第一台激光器由誕生，這台激光器就是紅寶石激光器，工作波長一般為6943，工作狀態是單次脈沖式，每脈沖在1ms量級，輸出能量為焦耳數量級。
Nd:YAG（摻釹釔鋁石榴石）：最常用的固體激光器，工作波長一般為1064nm，這一波長為四能級系統，還有其他能級可以輸出其他波長的激光。
Nd:YVO4（摻釹釩酸釔）：低功率應用最廣泛的固體激光器，工作波長一般為1064nm，可以通過KTP,LBO非線性晶體倍頻後產生532nm綠光的激光器。
Yb:YAG（摻鐿釔鋁石榴石）：適用於高功率輸出，這種材料的碟片激光器在激光工業加工領域有很強優勢。
鈦藍寶石激光器：具有較寬的波長調節范圍（670nm～1200nm）
半導體激光器也稱為半導體激光二極體，或簡稱激光二極體（Laser Diode，LD）。由於半導體材料本身物質結構的特異性以及半導體材料中電子運動規律的特殊性，使半導體激光器的工作特性具有其特殊性。半導體激光器是以一定的半導體材料做工作物質而產生受激發射作用的器件。.其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶（導帶與價帶）之間，或者半導體物質的能帶與雜質（受主或施主）能級之間，實現非平衡載流子的粒子數反轉，當處於粒子數反轉狀態的大量電子與空穴復合時，便產生受激發射作用。半導體激光器的激勵方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導體激光器，一般是由砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等等材料製成的半導體面結型二極體，沿正向偏壓注入電流進行激勵，在結平面區域產生受激發射。光泵式半導體激光器，一般用N型或P型半導體單晶（如GaAS,InAs,InSb等）做工作物質，以其他激光器發出的激光作光泵激勵.高能電子束激勵式半導體激光器，一般也是用N型或者P型半導體單晶如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質，通過由外部注入高能電子束進行激勵。在半導體激光器件中，性能較好，應用較廣的是具有雙異質結構的電注入式GaAs二極體激光器。半導體激光器採用注入電流方式泵浦。半導體激光器波長覆蓋范圍為紫外至紅外波段（300nm~十幾微米），其中1.3um與1.55um為光纖傳輸的兩個窗口。半導體激光器具有能量轉換效率高、易於進行高速電流調制、超小型化、結構簡單、使用壽命才長等突出特點，使其成為最重要最具應用價值的一類的激光器。半導體激光器是成熟較早、進展較快的一類激光器，由於它的波長范圍寬，製作簡單、成本低、易於大量生產，並且由於體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發展快，應用范圍廣，已超過300種，半導體激光器的最主要應用領域是Gb區域網，850nm波長的半導體激光器適用於）1Gh/。區域網，1300nm -1550nm波長的半導體激光器適用於1OGb區域網系統.半導體激光器的應用范圍覆蓋了整個光電子學領域，已成為當今光電子科學的核心技術.半導體激光器在激光測距、激光雷達、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等方面獲得了廣泛的應用，形成了廣闊的市場。1978年，半導體激光器開始應用於光纖通信系統，半導體激光器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過大規模集成電路平面工藝組成光電子系統.由於半導體激光器有著超小型、高效率和高速工作的優異特點，所以這類器件的發展，一開始就和光通信技術緊密結合在一起，它在光通信、光變換、光互連、並行光波系統、光信息處理和光存貯、光計算機外部設備的光禍合等方面有重要用途.半導體激光器的問世極大地推動了信息光電子技術的發展，到如今，它是當前光通信領域中發展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源.半導體激光器再加上低損耗光纖，對光纖通信產生了重大影響，並加速了它的發展.因此可以說，沒有半導體激光器的出現，就沒有當今的光通信.GaAs/GaAlA。雙異質結激光器是光纖通信和大氣通信的重要光源，如今，凡是長距離、大容量的光信息傳輸系統無不都採用分布反饋式半導體激光器（DFB一LD).半導體激光器也廣泛地應用於光碟技術中，光碟技術是集計算技術、激光技術和數字通信技術於一體的綜合性技術.是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存儲手段，它需要半導體激光器產生的光束將信息寫人和讀出。
激勵方式
①光泵式激光器。指以光泵方式激勵的激光器，包括幾乎是全部的固體激光器和液體激光器，以及少數氣體激光器和半導體激光器。②電激勵式激光器。大部分氣體激光器均是採用氣體放電（直流放電、交流放電、脈沖放電、電子束注入）方式進行激勵，而一般常見的半導體激光器多是採用結電流注入方式進行激勵，某些半導體激光器亦可採用高能電子束注入方式激勵。③化學激光器。這是專門指利用化學反應釋放的能量對工作物質進行激勵的激光器，反希望產生的化學反應可分別採用光照引發、放電引發、化學引發。④核泵浦激光器。指專門利用小型核裂變反應所釋放出的能量來激勵工作物質的一類特種激光器，如核泵浦氦氬激光器等。
運轉方式
由於激光器所採用的工作物質、激勵方式以及應用目的的不同，其運轉方式和工作狀態亦相應有所不同，從而可區分為以下幾種主要的類型。①連續激光器，其工作特點是工作物質的激勵和相應的激光輸出，可以在一段較長的時間范圍內以連續方式持續進行，以連續光源激勵的固體激光器和以連續電激勵方式工作的氣體激光器及半導體激光器，均屬此類。由於連續運轉過程中往往不可避免地產生器件的過熱效應，因此多數需採取適當的冷卻措施。②單次脈沖激光器，對這類激光器而言，工作物質的激勵和相應的激光發射，從時間上來說均是一個單次脈沖過程，一般的固體激光器、液體激光器以及某些特殊的氣體激光器，均採用此方式運轉，此時器件的熱效應可以忽略，故可以不採取特殊的冷卻措施。③重復脈沖激光器，這類器件的特點是其輸出為一系列的重復激光脈沖，為此，器件可相應以重復脈沖的方式激勵，或以連續方式進行激勵但以一定方式調制激光振盪過程,以獲得重復脈沖激光輸出,通常亦要求對器件採取有效的冷卻措施。④調Q激光器,這是專門指採用一定的 開關技術以獲得較高輸出功率的脈沖激光器，其工作原理是在工作物質的粒子數反轉狀態形成後並不使其產生激光振盪 (開關處於關閉狀態)，待粒子數積累到足夠高的程度後，突然瞬時打開 開關，從而可在較短的時間內（例如10～10秒）形成十分強的激光振盪和高功率脈沖激光輸出（見技術' class=link>激光調 技術）。⑤鎖模激光器，這是一類採用鎖模技術的特殊類型激光器，其工作特點是由共振腔內不同縱向模式之間有確定的相位關系，因此可獲得一系列在時間上來看是等間隔的激光超短脈沖（脈寬10～10秒）序列，若進一步採用特殊的快速光開關技術，還可以從上述脈沖序列中選擇出單一的超短激光脈沖（見激光鎖模技術）。⑥單模和穩頻激光器，單模激光器是指在採用一定的限模技術後處於單橫模或單縱模狀態運轉的激光器，穩頻激光器是指採用一定的自動控制措施使激光器輸出波長或頻率穩定在一定精度范圍內的特殊激光器件，在某些情況下，還可以製成既是單模運轉又具有頻率自動穩定控制能力的特種激光器件（見激光穩頻技術）。⑦可調諧激光器，在一般情況下，激光器的輸出波長是固定不變的，但採用特殊的調諧技術後，使得某些激光器的輸出激光波長，可在一定的范圍內連續可控地發生變化，這一類激光器稱為可調諧激光器（見激光調諧技術）。
波段范圍
根據輸出激光波長范圍之不同，可將各類激光器區分為以下幾種。①遠紅外激光器，輸出波長范圍處於25～1000微米之間, 某些分子氣體激光器以及自由電子激光器的激光輸出即落入這一區域。②中紅外激光器，指輸出激光波長處於中紅外區(2.5～25微米)的激光器件,代表者為CO2分子氣體激光器(10.6微米)、 CO分子氣體激光器（5～6微米）。③近紅外激光器,指輸出激光波長處於近紅外區（0.75～2.5微米）的激光器件，代表者為摻釹固體激光器（1.06微米）、CaAs半導體二極體激光器(約0.8微米)和某些氣體激光器等。④可見激光器，指輸出激光波長處於可見光譜區（4000～7000埃或0.4～0.7微米）的一類激光器件，代表者為紅寶石激光器 （6943埃）、 氦氖激光器（6328埃）、氬離子激光器（4880埃、5145埃）、氪離子激光器（4762埃、5208埃、5682埃、6471埃）以及一些可調諧染料激光器等。⑤近紫外激光器，其輸出激光波長范圍處於近紫外光譜區（2000～4000埃），代表者為氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)準分子激光器（3511埃、3531埃）、 氟化氪(KrF)準分子激光器(2490埃)以及某些可調諧染料激光器等。⑥真空紫外激光器,其輸出激光波長范圍處於真空紫外光譜區(50～2000埃）代表者為（H）分子激光器 (1644～1098埃)、氙(Xe)準分子激光器（1730埃）等。⑦X射線激光器, 指輸出波長處於X射線譜區（0.01～50埃）的激光器系統，軟X 射線已研製成功，但仍處於探索階段。
歷史由來
激光器的發明是20世紀科學技術的一項重大成就。它使人們終於有能力駕駛尺度極小、數量極大、運動極混亂的分子和原子的發光過程，從而獲得產生、放大相乾的紅外線、可見光線和紫外線（以至X射線和γ射線）的能力。激光科學技術的興起使人類對光的認識和利用達到了一個嶄新的水平。激光器的誕生史大致可以分為幾個階段，其中1916年愛因斯坦提出的受激輻射概念是其重要的理論基礎。這一理論指出，處於高能態的物質粒子受到一個能量等於兩個能級之間能量差的光子的作用，將轉變到低能態，並產生第二個光子，同第一個光子同時發射出來，這就是受激輻射。這種輻射輸出的光獲得了放大，而且是相干光，即如多個光子的發射方向、頻率、位相、偏振完全相同。
發展階段
此後，量子力學的建立和發展使人們對物質的微觀結構及運動規律有了更深入的認識，微觀粒子的能級分布、躍遷和光子輻射等問題也得到了更有力的證明，這也在客觀上更加完善了愛因斯坦的受激輻射理論，為激光器的產生進一步奠定了理論基礎。20世紀40年代末，量子電子學誕生後，被很快應用於研究電磁輻射與各種微觀粒子系統的相互作用，並研製出許多相應的器件。這些科學理論和技術的快速發展都為激光器的發明創造了條件。
如果一個系統中處於高能態的粒子數多於低能態的粒子數，就出現了粒子數的反轉狀態。那麼只要有一個光子引發，就會迫使一個處於高能態的原子受激輻射出一個與之相同的光子，這兩個光子又會引發其他原子受激輻射，這樣就實現了光的放大；如果加上適當的諧振腔的反饋作用便形成光振盪，從而發射出激光。這就是激光器的工作原理。1951年，美國物理學家珀塞爾和龐德在實驗中成功地造成了粒子數反轉，並獲得了每秒50千赫的受激輻射。稍後，美國物理學家查爾斯·湯斯以及蘇聯物理學家馬索夫和普羅霍洛夫先後提出了利用原子和分子的受激輻射原理來產生和放大微波的設計。
然而上述的微波波譜學理論和實驗研究大都屬於「純科學」，對於激光器到底能否研製成功，在當時還是很渺茫的。
成熟階段
但科學家的努力終究有了結果。1954年，前面提到的美國物理學家湯斯終於製成了第一台氨分子束微波激射器，成功地開創了利用分子和原子體系作為微波輻射相干放大器或振盪器的先例。
湯斯等人研製的微波激射器只產生了1.25厘米波長的微波，功率很小。生產和科技不斷發展的需要推動科學家們去探索新的發光機理，以產生新的性能優異的光源。1958年，湯斯與姐夫阿瑟·肖洛將微波激射器與光學、光譜學的理論知識結合起來，提出了採用開式諧振腔的關鍵性建議，並預防了激光的相乾性、方向性、線寬和噪音等性質。同期，巴索夫和普羅霍洛夫等人也提出了實現受激輻射光放大的原理性方案。
此後，世界上許多實驗室都被捲入了一場激烈的研製競賽，看誰能成功製造並運轉世界上第一台激光器。
1960年，美國物理學家西奧多·梅曼在佛羅里達州邁阿密的研究實驗室里，勉強贏得了這場世界范圍內的研製競賽。他用一個高強閃光燈管來刺激在紅寶石水晶里的鉻原子，從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱，當它射向某一點時，可使這一點達到比太陽還高的溫度。
「梅曼設計」引起了科學界的震驚和懷疑，因為科學家們一直在注視和期待著的是氦氖激光器。
盡管梅曼是第一個將激光引入實用領域的科學家，但在法庭上，關於到底是誰發明了這項技術的爭論，曾一度引起很大爭議。競爭者之一就是「激光」(「受激輻射式光頻放大器」的縮略詞)一詞的發明者戈登·古爾德。他在1957年攻讀哥倫比亞大學博士學位時提出了這個詞。與此同時，微波激射器的發明者湯斯與肖洛也發展了有關激光的概念。經法庭最終判決，湯斯因研究的書面工作早於古爾德9個月而成為勝者。不過梅曼的激光器的發明權卻未受到動搖。
1960年12月，出生於伊朗的美國科學家賈萬率人終於成功地製造並運轉了全世界第一台氣體激光器——氦氖激光器。1962年，有三組科學家幾乎同時發明了半導體激光器。1966年，科學家們又研製成了波長可在一段范圍內連續調節的有機染料激光器。此外，還有輸出能量大、功率高，而且不依賴電網的化學激光器等紛紛問世。
主要用途
激光器是現代激光加工系統中必不可少的核心組件之一。隨著激光加工技術的發展，激光器也在不斷向前發展，出現了許多新型激光器。早期激光加工用激光器主要是大功率CO2氣體激光器和燈泵浦固體YAG激光器。從激光加工技術的發展歷史來看，首先出現的激光器是在20世紀70年代中期的封離式CO2激光管，發展至今，已經出現了第五代CO2激光器——擴散冷卻型CO2激光器。從發展上可以看出，早期的CO2激光器趨向激光功率提高的發展方向，但當激光功率達到一定要求後，激光器的光束質量受到重視，激光器的發展隨之轉移到調高光束質量上。出現的接近衍射極限的擴散冷卻板條式CO2激光器有較好的光束質量，已經推出就得到了廣泛的應用，尤其是在激光切割領域，受到眾多企業的青睞。
21世紀初，出現了另外一種新型激光器——半導體激光器。與傳統的大功率CO2、YAG固體激光器相比，半導體激光器具有很明顯的技術優勢，如體積小，重量輕、效率高、能耗小、壽命長以及金屬對半導體激光吸收高等優點，隨著半導體激光技術的不斷發展，以半導體激光器為基礎的其他固體激光器，如光纖激光器、半導體泵浦固體激光器、片狀激光器等的發展也十分迅速。其中，光纖激光器發展較快，尤其是稀土摻雜的光纖激光器，應在光纖通信、光纖感測、激光材料處理等領域獲得了廣泛的應用。
由於激光器具備的種種突出特點，因而被很快運用於工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事等各方面，並在許多領域引起了革命性的突破。激光在軍事上除用於通信、夜視、預警、測距等方面外，多種激光武器和激光制導武器也已經投入實用。
1、激光用作熱源。激光光束細小 ，且帶著巨大的功率，如用透鏡聚焦，可將能量集中到微小的面積上，產生巨大的熱量。比如，人們利用激光集中而極高的能量，可以對各種材料進行加工，能夠做到在一個針頭上鑽200個孔；激光作為一種在生物機體上引起刺激、變異、燒灼、汽化等效應的手段，已在醫療、農業的實際應用上取得了良好效果。
2、激光測距。激光作為測距光源，由於方向性好、功率大，可測很遠的距離，且精度很高。
3、激光通信。在通信領域，一條用激光柱傳送信號的光導電纜，可以攜帶相當於2萬根電話銅線所攜帶的信息量。
4、受控核聚空中的應用。將激光射到氘與氚混合體中，激光所帶給它們巨大能量，產生高壓與高溫，促使兩種原子核聚合為氦和中子，並同時放出巨大輻射能量。由於激光能量可控制，所以該過程稱為受控核聚變。
今後，隨著人類對激光技術的進一步研究和發展，激光器的性能將進一步提升，成本將進一步降低，但是它的應用范圍卻還將繼續擴大，並將發揮出越來越巨大的作用。
激光指示器是以激光作為指示用途的小型低功率激光器，屬於一般民用品，也稱為激光筆、指星筆等。是一種用途廣泛的產品：教學、科研單位作為教學、學術報告、會議等場合配合視像設備作為指示用；軍事單位用於配合大屏幕指揮系統指示；旅遊單位用於導游講解；建築及裝修監理單位用於建築、裝修驗收時的指示等。某些場合還可將其固定作為定向工具；亦可將其作為禮品。
總結
以脈沖方式發射的二氧化碳激光器也有很多種，在科研和工業中用途極廣。如果按每一脈沖發出的能量大小作比較，那麼，脈沖二氧化碳激光器又是脈沖激光器中的最強者。這里，我們要回到激光先驅者湯斯曾經研究過的問題上來，談一談毫米波的產生。隨著激光技術的發展，許多科學家對這一難題又發起了進攻：採用放電或利用強大的二氧化碳激光作為激勵源去激發氟甲烷、氨等氣體分子，一步步地把發射出來的激光波長延長，擴展。開始達幾十微米，後來達幾百微米，也就是亞毫米波了。本世紀60年代中期到70年代中期，隨著微波技術的發展，科學家根據激光的原理和方法產生了毫米波。這樣，從光波到微波之間的空白地帶便被不斷發現的新紅外激光填補了。
從研究中，科學家發現毫米波很有實用價值：大氣對它的吸收率很小、阻礙它傳播的影響也小，可以用它來作為新的大氣通訊工具。
另一種比較特殊、新穎的激光器，可以形象地稱它為「變色龍」。它不是龍，但確實能變色；只要轉動一個激光器上的旋鈕，就可以獲得紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫各種顏色的激光。
難道染料跟激光器也有關系嗎？一點也不錯。這種激光器的工作物質確實就是染料，如碳花青、若丹明和香豆素等等。科學家至今還沒有弄清楚這些染料的分子能級和原子結構，只知道它們與氣體工作物質的氣體原子、離子結構不一樣；氣體產生的激光有明確的波長，而染料產生的激光，波長范圍較廣，或者說有多種色彩。染料激光器的光學諧振腔中裝有一個稱為光柵的光學元件。通過它可以根據需要選擇激光的色彩，就像從收音機里選聽不同頻率的無線電台廣播一樣。
未來展望
染料激光器的激勵源是光泵，可以用脈沖氙燈，也可以用氮分子激光器發出的激光。用一種顏色的激光作光泵，結果能產生其他顏色的激光可以說是染料激光器的特點之一。
這種根據需要可以隨時改變產生激光的波長的激光器，主要用於光譜學研究；許多物質會有選擇地吸收某些波長的光，產生共振現象。科學家用這些現象分析物質，了解材料結構；還用這些激光器來產生新的激光，研究一些奇異的光學和光譜學現象。
易發事故
在使用激光切割機時，激光器激光射出可能引起以下事故：（1）激光射出沾到易燃物引起火災。大家知道激光發生器的功率很高，尤其遇到高功率激光切割機，射出的激光溫度非常高。當激光射出沾到易燃物體後引起火災的可能性非常大。（2）機器在運行時會可能會產生有害氣體。例如在用氧氣切割時與切割材料發生化學反應，生成不明化學物質或細小顆粒等雜質。被人體吸收以後可能會產生過敏反應或引起肺部等呼吸道的不適。在進行作業的時候應做好防護措施。（3）激光直射人體會對人體有害。激光對人體的損害主要包括對眼睛和對皮膚的損害。在激光的傷害中，以機體對眼睛的傷害最為嚴重。而且眼睛的傷害是永久性的。所以在進行作業時一定要注意保護眼睛。所以，進行切割的環境應該中嚴禁易燃物體靠近機器並且保持通風，工作場所還應該配有滅火器。工作人員在進行作業時要做好自我防護措施。
前景展望
光纖激光器可實現800nm－2100nm波段的激光輸出，最大功率已達到萬瓦量級，應用也從光通信擴展到激光加工、激光打標、圖像顯示、生物工程、醫療衛生等領域。未來光纖激光器的發展趨勢將體現在以下幾個方面：
（1）光纖激光器本身性能的提高：如何提高輸出功率和轉換效率，優化光束質量，縮短增益光纖長度，提高系統穩定性並使其更加小巧緊湊將是未來光纖激光器領域研究的重點。
（2）新型光纖激光器的研製：在時域方面，具有更小占空比的超短脈沖鎖模光纖激光器一直是激光領域研究的熱點，高功率飛秒量級脈沖光纖激光器一直是人們長期追求的目標，該領域研究的突破不僅可以給光通信時分復用（OTDM）提供理想的光源，而且可以有效帶動激光加工、激光打標及激光加密等相關產業的發展。在頻域方面，寬頻輸出並可調諧的光纖激光器將成為研究熱點，一種採用ZEBLAN材料（Zr、Ba、La、Al、Nd）為激光介質的非線性光纖激光器引起了人們的重視，該激光器具有相當寬的帶寬和低損耗，可實現波長上轉換幾個波段，被專家譽為下一代通信材料，如能實現大規模生產將會在激光列印和大屏幕顯示領域產生幾十億美元的市場。可以預見，隨著相關技術的完善，光纖激光器將向更廣闊的領域發展，並有可能成為替代固體激光器和半導體激光器的新一代光源，形成一個新興的產業。

㈢ 半導體激光器和激光器的區別

激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發的物質中放大或振盪發射的器件。
激光工作物質是指用來實現粒子數反轉並產生光的受激輻射放大作用的物質體系，有時也稱為激光可攜式激光器增益媒質，它們可以是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等媒質。
激光工作物質的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉，並使這種反轉在整個激光發射作用過程中盡可能有效地保持下去；為此，要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。

半導體激光器是用半導體材料作為工作物質的激光器，由於物質結構上的差異，不同種類產生激光的具體過程比較特殊。常用工作物質有砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。 半導體激光器件，可分為同質結、單異質結、雙異質結等幾種。同質結激光器和單異質結激光器室溫時多為脈沖器件，而雙異質結激光器室溫時可實現連續工作。
半導體激光器的分類
（1）異質結構激光器
（2）條形結構激光器
（3）GaAIAs/GaAs激光器
（4）InGaAsP/InP激光器
（5）可見光激光器
（6）遠紅外激光器
（7）動態單模激光器
（8）分布反饋激光器
（9）量子阱激光器
（10）表面發射激光器
（11）微腔激光器

㈣ 激光 問題 急！！！！！！！！！！

5類最常見氣體激光器淺述

此文是激光雕刻機和激光刻章機製造企業的科研人員，根據自己多年對氣體激光器技術的研究所寫文章。希望能對廣大研究氣體激光器技術的朋友有所幫助。

最常見的有氦-氖激光器、氬離子激光器、二氧化碳激光器、氦-鎘激光器和銅蒸氣激光器等。這是一類以氣體為工作物質的激光器。此處所說的氣體可以是純氣體，也可以是混合氣體；可以是原子氣體，也可以是分子氣體；還可以是離子氣體、金屬蒸氣等。多數採用高壓放電方式泵浦。

一種常見的金屬蒸氣激光器是1966年發明的銅蒸氣激光器。一般通過電子碰撞激勵，兩條主要的工作譜線是波長510.5納米的綠光和578.2納米的黃光，典型脈沖寬度10～50納秒，重復頻率可達100千赫。當前水平一個脈沖的能量為1毫焦左右。這就是說，平均功率可達100瓦，而峰值功率則高達100千瓦。銅蒸氣激光器發明後過了15年才進入商品化階段，其主要應用領域為染料激光器的泵浦源。此外，還可用於高速閃光照相、大屏幕投影電視及材料加工等。

與發明二氧化碳激光器同年，發明了幾種惰性氣體離子激光器，其中最常見的是氬離子激光器。它以離子態的氬為工作物質，大多數器件以連續方式工作，但也有少量脈沖運轉。氬離子激光器可以有35條以上譜線，其中25條是波長在408.9～686.1納米范圍的可見光，10條以上是275～363.8納米范圍的紫外輻射，並以488.0納米和514.5納米的兩條譜線為最強，連續輸出功率可達100瓦。氬離子激光器的主要應用領域包括眼疾治療、血細胞計數、平版印刷及作為染料激光器的泵浦源。

比氦-氖激光器晚3年由帕特爾（Patel）發明的二氧化碳激光器是一種能量轉換效率較高和輸出最強的氣體激光器。目前准連續輸出已有400千瓦的報導，微秒級脈沖的能量則達到10千焦，經適當聚焦，可以產生1013瓦／米2的功率密度。這些特性使二氧化碳激光器在眾多領域得到廣泛應用。工業上用於多種材料的加工，包括打孔、激光雕刻機、焊接、退火、熔合、改性、塗覆等；醫學上用於各種外科手術；軍事上用於激光測距、激光雷達，乃至定向能武器。

氦-氖激光器是最早出現也是最為常見的氣體激光器之一。它於1961年由在美國貝爾實驗室從事研究工作的伊朗籍學者佳萬（Javan）博士及其同事們發明，工作物質為氦、氖兩種氣體按一定比例的混合物。根據工作條件的不同，可以輸出5種不同波長的激光，而最常用的則是波長為632.8納米的紅光。輸出功率在0.5～100毫瓦之間，具有非常好的光束質量。氦-氖激光器是當前應用最為廣泛的激光器之一，可用於外科醫療、激光美容、建築測量、準直指示、照排印刷、激光陀螺等。不少中學的實驗室也在用它做演示實驗。

1968年發明的氦-鎘激光器以鎘金屬蒸氣為發光物質，主要有兩條連續譜線，即波長為325.0納米的紫外輻射和441.6納米的藍光，典型輸出功率分別為1～25毫瓦和1～100毫瓦。主要應用領域包括活字印刷、血細胞計數、集成電路晶元檢驗及激光誘導熒光實驗等。
希望對你有用,新年快樂!

㈤ 激光分為幾種分別有什麼特點

介質是氣體的激光器，此種激光器通過放電得到激發。

1、氦氖激光器：最重要的紅光放射源（632.8 nm）。一般功率比較低（0.5~50 mW）。

2、二氧化碳激光器：波長約10.6 μm（紅外線），重要的工業激光。

3、一氧化碳激光器：波長約6-8 μm（紅外線），只在冷卻的條件下工作。

4、氮氣激光器：337.1 nm（紫外線）。

5、氬離子激光器：具有多個波長，457.9 nm（8%）、476.5 nm（12%）、488.0 nm（20%）、496.5 nm（12%）、501.7 nm（5%）、514.5 nm（43%，由藍光到綠光）。功率從15mW到50W。激光表演中最常用的。

6、氦鎘激光器：最重要的藍光（442nm）和近紫外激光源（325nm）。

7、氪離子激光器：具有多個波長，350.7nm、356.4nm、476.2nm、482.5nm、520.6nm、530.9nm、586.2nm、647.1nm（最強）、676.4nm、752.5nm、799.3nm（從藍光到深紅光）。功率可到6W，能耗較大，價格較高。

8、混合氣體激光器：不含純氣體，而是幾種氣體的混合物（一般為氬、氪等）。

9、準分子激光器：比如KrF（248 nm）、XeF（351-353 nm）、ArF（193 nm）、XeCl（308 nm）、F2（157 nm，均為紫外線)。

10、金屬蒸汽激光器：比如銅蒸汽激光器，波長介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強性，可以不用諧振鏡。

11、金屬鹵化物激光器：比如溴化銅激光器，波長介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強性，可以不用諧振鏡。

(5)鎘激光器擴展閱讀

激光器通常都會標示有著安全等級編號的激光警示標簽：

第1級（Class I/1）：在裝置內是安全的。通常是因為光束被完全的封閉在內，例如在CD播放器內。

第2級（Class II/2）：在正常使用狀況下是安全的，眼睛的眨眼反射可以避免受到傷害。這類設備通常功率低於1mW，例如激光指示器。

第3 a/R級（Class IIIa/3R）：功率通常會達到5mW，並且在眨眼反射的時間內會有對眼睛造成傷害的小風險。注視這種光束幾秒鍾會對視網膜造成立即的傷害。

第3b/B級（Class IIIb/3B）：在暴露下會對眼睛造成立即的損傷。

第4級（Class IV/4）：激光會燒灼皮膚，在某些情況下，即使散射的激光也會對眼睛和皮膚造成傷害。許多工業和科學用的激光都屬於這一級。

這種標示的功率是針對可見光和連續波長的激光，對脈沖激光和不可見光激光還有其它適用的限制。對使用第3B級和第4級激光工作的人，還需要可以吸收特定波長光的護目鏡保護他們眼睛的安全。

㈥ 半導體激光器和固體激光器的區別 請詳細解釋一下 謝謝~

半導體激光器和固體激光器的區別在於工作物質、價格、激勵源不同。

1、工作物質

半導體激光器常用工作物質有砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。

固體激光器常用的工作物質，由光學透明的晶體或玻璃作為基質材料，摻以激活離子或其他激活物質構成。

2、價格

半導體激光器價格低。

固體激光器由於工作介質的制備較復雜，所以價格較貴。

3、激勵源

半導體激光器的激勵方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導體激光器，一般是由砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等材料製成的半導體面結型二極體，沿正向偏壓注入電流進行激勵，在結平面區域產生受激發射。

光泵式半導體激光器，一般用N型或P型半導體單晶（如GaAS,InAs,InSb等）做工作物質，以其他激光器發出的激光作光泵激勵。高能電子束激勵式半導體激光器，一般也是用N型或者P型半導體單晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質，通過由外部注入高能電子束進行激勵。

固體激光器以光為激勵源。常用的脈沖激勵源有充氙閃光燈；連續激勵源有氪弧燈、碘鎢燈、鉀銣燈等。在小型長壽命激光器中，可用半導體發光二極體或太陽光作激勵源。一些新的固體激光器也有採用激光激勵的。

㈦ 請問325nm氦鎘激光器市場如何

可能不好賣，那東西很少有人使用

㈧ 醫學上常用的激光器有哪些

激光是由激光器產生的。醫學上常用的激光器有：（1）固體激光器，如回紅寶石激光器、摻釹釔答鋁石榴石激光器、釹玻璃激光器等；（2）氣體激光器，如二氧化碳激光器、氦氖激光器和氦鎘激光器。此外，還有液體激光器、化學激光器及半導體激光器。

用激光刀做手術，切割組織損傷少，出血少，止血快，無感染，術後傷口癒合快，疤痕少；用於骨科切骨快速，不會引起骨脆裂，利於骨的再生癒合。

利用激光的燒灼作用，不僅可以治療各種糜爛、潰瘍和炎症，還可以治療體表腫瘤、燒傷結痂、皮膚癌等。

激光的焊接作用廣泛用於眼科，如焊接視網膜剝離的破口，可取得立竿見影的效果。用激光作虹膜切開術可治療青光眼、虹膜睫狀體炎、先天性瞳孔膜閉等，成功率在80%以上。

激光與其他高新技術結合，在醫療中更是大顯身手。如纖維內窺鏡氬激光器，讓激光藉助光導纖維直接到達胃腸、膀胱等臟器，直接治療內臟出血或切除表淺腫瘤。國外已有用激光光導纖維清除血管內壁動脈粥樣硬化斑塊的報道。

㈨ 醫學上常用的激光器有哪幾種

激光是由激光器產生的。醫學上常用的激光器有：（1）固體激光器，如紅寶石激版光器、摻釹釔鋁石榴石激權光器、釹玻璃激光器等；（2）氣體激光器，如二氧化碳激光器、氦氖激光器和氦鎘激光器。此外，還有液體激光器、化學激光器及半導體激光器。

㈩ 激光列印機都配有哪些激光器

激光光源抄用在激光列印襲機上的激光器有氦氖（He－Ne）、氦鎘（He－Cd）、半導體、等離子激光器等。高速大容量的列印機，大多配以氦鎘激光器。中速高印刷質量的列印機，大多配以氦氖激光器。小型、低速的激光列印機則以自調制的半導體激光器作光源，但有的小型機也配用氦氖激光器。