激光器工作原理及分類有哪些？

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激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），意思是“通過受激輻射光擴(kuò)大”，激光相比普通光源單色性、方向性好，亮度更高。激光是 20 世紀(jì)以來繼核能、電腦、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”。廣泛應(yīng)用在激光打標(biāo)、激光焊接、激光切割、光纖通信、激光測距、激光雷達(dá)、激光武器、激光唱片、激光矯視、激光美容、激光掃描、激光滅蚊器、LIF 無損檢測技術(shù)等領(lǐng)域。 激光器是發(fā)射激光的裝置，也是激光設(shè)備中最核心的部件。激光器中激光的產(chǎn)生主要由增益介質(zhì)、泵浦源、諧振腔三個部分協(xié)同產(chǎn)生。（1）增益介質(zhì)是激光器的核心，是用來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生光的受激輻射放大作用的物質(zhì)，增益介質(zhì)可以是固體（如 YAG 、半導(dǎo)體、光纖）、氣體（如CO2 ）或液體（化學(xué)溶液 ）。（2）泵浦源是激光能量的源頭，指為實現(xiàn)和維持增益介質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)提供能量的裝置。（3）諧振腔是激光光波方向的控制器及激光束能量大小的放大器，通常由兩塊與增益介質(zhì)軸線垂直的反射鏡構(gòu)成。

激光器工作時，由泵浦源向增益介質(zhì)注入能量進(jìn)行激勵，增益介質(zhì)的原子受到能量激勵后發(fā)生能級躍遷，由基態(tài)（能級 1）躍遷至激發(fā)態(tài)（能級 2），由于激發(fā)態(tài)相較于基態(tài)是非穩(wěn)定狀態(tài)，原子會自發(fā)地回歸到基態(tài)，并放出（能級 2 與能級 1 能量差額的）光子，該光子在空間運動過程中，也會激發(fā)其他處于激發(fā)態(tài)的原子放出相同能量、波長、方向的光子，無數(shù)光子在諧振腔中統(tǒng)一運動方向，往復(fù)運動，不斷疊加，最終輸出性質(zhì)一致、高能量的激光束。

隨著激光產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)應(yīng)用到各行業(yè)，激光產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)較為完備。上游主要包括光學(xué)材料、光學(xué)元器件、機(jī)械、數(shù)控、電源及輔助材料等，中游主要是各種激光器及其配套裝置與設(shè)備，下游則以激光應(yīng)用產(chǎn)品、激光制造裝備、消費產(chǎn)品、儀器設(shè)備為主。

激光器可以按照增益介質(zhì)、輸出波長、運轉(zhuǎn)方式、輸出功率、泵浦方式等進(jìn)行分類。（1）按增益介質(zhì)分類：分為固體（含全固態(tài)、光纖、混合、半導(dǎo)體）、氣體、液體激光器等，狹義的固體激光器一般指全固態(tài)激光器。目前發(fā)現(xiàn)可做增益介質(zhì)的物質(zhì)有近千種，常見的有摻釹釔鋁石榴石（又稱 YAG）、紅寶石、釹玻璃、光纖、二氧化碳等。固體激光器目前應(yīng)用最廣泛、市場占有率最高，通俗被分為以晶體為工作物質(zhì)的固體激光器和以玻璃光纖為工作物質(zhì)的光纖激光器（近20 年來由于兼顧電光轉(zhuǎn)換效率和光束質(zhì)量取得大力發(fā)展）；目前大部分利用半導(dǎo)體激光器作為泵浦源。光纖激光器由于其平均功率高、熱效應(yīng)強(qiáng)的特點，被廣泛地應(yīng)用于宏觀加工領(lǐng)域的金屬材料切割、焊接、鉆孔、燒結(jié)等；而固體激光器則具有峰值功率高、熱效應(yīng)小、加工精度高的特點，一般主要用于薄性、脆性材料和非金屬材料的精細(xì)微加工領(lǐng)域。

（2）按輸出波長分類：分為紅外光激光器、可見光激光器、紫外激光器、深紫外激光器等。不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)可吸收的光波長范圍不同，因此需要各波長的激光器應(yīng)用于不同材料的精細(xì)加工。紅外激光器與紫外激光器是運用最廣泛的兩種激光器：紅外激光器主要應(yīng)用于“熱加工”，將材料表面的物質(zhì)加熱并使其汽化(蒸發(fā))，以除去材料；紫外激光器主要應(yīng)用于“冷加工”，在薄膜非金屬材料加工，半導(dǎo)體晶圓切割，有機(jī)玻璃切割、鉆孔、打標(biāo)等領(lǐng)域，高能量的紫外光子直接破壞非金屬材料表面的分子鍵，使分子脫離物體，這種方式不會產(chǎn)生高熱量反應(yīng)，紫外激光器在微加工領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢。

（3）按運轉(zhuǎn)方式分類：分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。連續(xù)激光器可以在較長一段時間內(nèi)連續(xù)輸出激光，但熱效應(yīng)較明顯。脈沖激光器以不連續(xù)方式輸出激光，主要特點是熱效應(yīng)小，可控性好。脈沖激光器的脈沖寬度指激光功率維持在一定值時所持續(xù)的時間。脈沖寬度越窄，對激光調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用要求就越高。目前常用的工業(yè)微加工激光器可分為納秒（10 -9s）激光器、皮秒（10 -12s）激光器和飛秒（10-15s）激光器等，其中，皮秒和飛秒被稱為超快激光器，超快脈沖激光技術(shù)是全球前沿技術(shù)之一。

（4）按輸出功率分類：據(jù)德龍激光招股書，光纖激光器分為低功率(1000W以下)、中功率(1000-3000W)、高功率(3000W-6000W 以上)；微加工領(lǐng)域的固體激光器，一般將10W以下的歸類為低功率，10W 以上為中高功率。

（5）按泵浦方式分類：分為光泵浦激光器、電泵浦激光器、化學(xué)泵浦激光器、熱泵浦激光器、核泵浦激光器，不同類型的泵浦源是與激光晶體不同的吸收波長相適應(yīng)的。電泵浦激光器指以電流方式激勵的激光器，氣體激光器多以氣體放電方式進(jìn)行激勵，而半導(dǎo)體激光器多采用電流注入方式進(jìn)行激勵。光泵浦激光器指以光泵方式激勵的激光器，幾乎所有固體激光器、液體激光器均屬于光泵浦激光器，而半導(dǎo)體激光器被作為光泵浦激光器的核心泵浦光源。化學(xué)泵浦激光器指利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量對工作物質(zhì)進(jìn)行激勵的激光器。