激光器的原理|分类|应用

　　激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程，从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。激光器的诞生史大致可以分为几个阶段。

　　1916年爱因斯坦提出的受激辐射概念是其重要的理论基础。这一理论指出，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同diyi个光子同时发射出来，这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大，而且是相干光，即如多个光子的发射方向、频率、位相、偏振完全相同。此后，量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识，微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明，这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐射理论，为激光器的产生进一步奠定了理论基础。

　　20世纪40年代末，量子电子学诞生后，被很快应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用，并研制出许多相应的器件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光器的发明创造了条件。如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数，就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发，就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子，这两个光子又会引发其他原子受激辐射，这样就实现了光的放大;如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡，从而发射出激光。这就是激光器的工作原理。

　　1951年，美国物理学家珀塞尔和庞德在实验中成功地造成了粒子数反转，并获得了每秒50千赫的受激辐射。稍后，美国物理学家查尔斯·汤斯以及苏联物理学家马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激辐射原理来产生和放大微波的设计。然而上述的微波波谱学理论和实验研究大都属于“纯科学”，对于激光器到底能否研制成

　　激光器是一种能发射激光的装置，激光器发出的光质量纯净、光谱稳定可以在很多方面被应用。目前已经运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、YL、军事等各方面。

　　激光器是一种能发射激光的装置。1954年制成了diyi台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年肖洛和汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960年梅曼等人制成了diyi台红宝石激光器。1961年贾文等人制成了氦氖激光器。1962年霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。现代高科技领域中，激光器从发明到渐渐深入发展，并逐渐占有越来越重要的地位。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。

　　激光器顾名思义就是能发射激光的装置。从1954年制成了diyi台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。一直到现在，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类，近来还发展了自由电子激光器。其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。

　　除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同。产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励(或抽运)源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。

　　激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔( 见光学谐振腔)并非必不可少的

　　激光器是激光设备的心脏，对激光切割质量起着决定性的作用。一个好的激光器，应该具备理想的模式，稳定的功率等要素。激光器的种类是很多的，一般从激光工作物质、激励方式、运转方式、输出波长范围等几个方面分类。

　　根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：

　　①固体(晶体和玻璃)激光器，这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光ZX而制成的;

　　②气体激光器，它们所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等;

　　③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液，其中金属离子(如Nd)起工作粒子作用，而无机化合物液体(如SeOCl)则起基质的作用;

　　④半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入)，在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用;

　　⑤自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。

　　①光泵式激光器。指以光泵方式激励的激光器，包括几乎是全部的固体激光器和液体激光器，以及少数气体激光器和半导体激光器。

　　②电激励式激光器。大部分气体激光器均是采用气体放电(直流放电、交流放电、脉冲放电、电子束注入)方式进行激励，而一般常见的半导体激光器多是采用结电流注入方式进行激

　　激光器顾名思议就是激光设备Z核心的重要配置，激光器在选择时需要根据不同的使用设备进行参考的选配，才能为激光器与设备之间形成互补互助的使用产生良好的激光使用功能。

　　由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、YL、军事等各方面。

　　1、激光通信

　　激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式。激光是一种新型光源，具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特征。激光通信的应用主要有以下几个方面：①地面间短距离通信;②短距离内传送传真和电视;③由于激光通信容量大，可作导 弹靶场的数据传输和地面间的多路通信。④通过卫星全反射的通信和星际通信，以及水下潜艇间的通信。

　　2、激光加工技术

　　激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术。

　　①激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器;

　　②激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器;

　　③激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器;

　　④激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。国内