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1歷史發(fā)展

1953年，美國物理學家查爾斯·哈德·湯斯和他的學生阿瑟·肖洛制成了臺微波量子放大器，獲得了高度相干的微波束。
1958年，C.H.湯斯和A.L.肖洛把微波量子放大器原理推廣應用到光頻范圍。
1960年，T.H.西奧多·梅曼制成了臺紅寶石激光器。
1961年，伊朗科學家A.賈文等人制成了氦氖激光器。
1962年，R.N.霍耳等人創(chuàng)制了砷化鎵半導體激光器。
2013年，南非科學與工業(yè)研究委員會國家激光中心研究人員開發(fā)出世界數(shù)字激光器，開辟了激光應用的新前景。研究成果發(fā)表在2013年8月2日英國《自然通訊》雜志上。[2] 

2原理

激光器除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同。產(chǎn)生激光的*的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和增益大于損耗，所以裝置中*的組成部分有激勵（或抽運）源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級的工作介質(zhì)兩個部分。激勵是工作介質(zhì)吸收外來能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級是使受激輻射占主導地位，從而實現(xiàn)光放大。激光器中常見的組成部分還有諧振腔，但諧振腔（ 見光學諧振腔）并非*的組成部分，諧振腔可使腔內(nèi)的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地縮短工作物質(zhì)的長度，還能通過改變諧振腔長度來調(diào)節(jié)所產(chǎn)生激光的模式（即選模），所以一般激光器都具有諧振腔。

激光工作物質(zhì)

[全固態(tài)激光] 全固態(tài)激光
是指用來實現(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)體系，有時也稱為激光增益媒質(zhì)，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(zhì)。對激光工作物質(zhì)的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現(xiàn)較大程度的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并使這種反轉(zhuǎn)在整個激光發(fā)射作用過程中盡可能有效地保持下去；為此，要求工作物質(zhì)具有合適的能級結構和躍遷特性。

激勵抽運系統(tǒng)

是指為使激光工作物質(zhì)實現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而提供能量來源的機構或裝置。根據(jù)工作物質(zhì)和激光器運轉(zhuǎn)條件的不同，可以采取不同的激勵方式和激勵裝置，常見的有以下四種。①光學激勵（光泵）。是利用外界光源發(fā)出的光來輻照工作物質(zhì)以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的，整個激勵裝置，通常是由氣體放電光源（如氙燈、氪燈）和聚光器組成，這種激勵方式也稱作燈泵浦。②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質(zhì)內(nèi)發(fā)生的氣體放電過程來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的，整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學激勵。是利用在工作物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的化學反應過程來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的，通常要求有適當?shù)幕瘜W反應物和相應的引發(fā)措施。④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產(chǎn)生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質(zhì)并實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的。

光學共振腔

通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為：①提供光學反饋能力，使受激輻射光子在腔內(nèi)多次往返以形成相干的持續(xù)振蕩。②對腔內(nèi)往返振蕩光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①，是由通常組成腔的兩個反射鏡的幾何形狀（反射面曲率半徑）和相對組合方式所決定；而作用②，則是由給定共振腔型對腔內(nèi)不同行進方向和不同頻率的光，具有不同的選擇性損耗特性所決定的。

激光器的種類是很多的。下面，將分別從激光工作物質(zhì)、激勵方式、運轉(zhuǎn)方式、輸出波長范圍等幾個方面進行分類介紹。

3工作物質(zhì)

根據(jù)工作物質(zhì)物態(tài)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），這類激光器所采用的工作物質(zhì)，是通過把能夠產(chǎn)生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質(zhì)中構成發(fā)光中心而制成的；②氣體激光器，它們所采用的工作物質(zhì)是氣體，并且根據(jù)氣體中真正產(chǎn)生受激發(fā)射作用之工作粒子性質(zhì)的不同，而進一步區(qū)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，這類激光器所采用的工作物質(zhì)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(zhì)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(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)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(zhì)的能帶之間或能帶與雜質(zhì)能級之間，通過激發(fā)非平衡載流子而實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生光的受激發(fā)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(zhì)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(chǎn)生可調(diào)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(qū)域，因此具有很誘人的前景。

氣體激光器

介質(zhì)是氣體的激光器，此種激光器通過放電得到激發(fā)。
氦氖激光器：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(yè)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：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 （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）。
*：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(fā)激光器是一種特殊的形式。激發(fā)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

固體激光器

介質(zhì)是固體的激光器，此種工作物質(zhì)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(fā)。熱透鏡效應是大多數(shù)固體激光器的一項缺陷。

紅寶石激光器：世界上臺激光器，1960年7月7日，美國青年科學家梅曼宣布世界上臺激光器由誕生，這臺激光器就是紅寶石激光器，工作波長一般為6943，工作狀態(tài)是單次脈沖式，每脈沖在1ms量級，輸出能量為焦耳數(shù)量級。

Nd:YAG（摻釹釔鋁石榴石）：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(tǒng)，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(chǎn)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(yè)加工領域有很強優(yōu)勢。
鈦藍寶石激光器：具有較寬的波長調(diào)節(jié)范圍（670nm～1200nm）

半導體激光器

半導體激光器也稱為半導體激光二極管，或簡稱激光二極管（Laser Diode，LD）。由于半導體材料本身物質(zhì)結構的特異性以及半導體材料中電子運動規(guī)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(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)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(zhì)的能帶（導帶與價帶）之間，或者半導體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)（受主或施主）能級之間，實現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復合時，便產(chǎn)生受激發(fā)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）等等材料制成的半導體面結型二極管，沿正向偏壓注入電流進行激勵，在結平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)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(zhì)，以其他激光器發(fā)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(zhì)，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(zhì)結構的電注入式GaAs二極管激光器。

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?shù)膬蓚€窗口。半導體激光器具有能量轉(zhuǎn)換效率高、易于進行高速電流調(diào)制、超小型化、結構簡單、使用壽命才長等突出特點，使其成為重要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，由于它的波長范圍寬，制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發(fā)展快，應用范圍廣，已超過300種，半導體激光器的主要應用領域是Gb局域網(wǎng)，850nm波長的半導體激光器適用于）1Gh/。局域網(wǎng)，1300nm -1550nm波長的半導體激光器適用于1OGb局域網(wǎng)系統(tǒng).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于光纖通信系統(tǒng)，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(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng).由于半導體激光器有著超小型、率和高速工作的優(yōu)異特點，所以這類器件的發(fā)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、并行光波系統(tǒng)、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(fā)展，到如今，它是當前光通信領域中發(fā)展快、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(chǎn)生了重大影響，并加速了它的發(fā)展.因此可以說，沒有半導體激光器的出現(xiàn)，就沒有當今的光通信.GaAs/GaAlA。雙異質(zhì)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(tǒng)無不都采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于光盤技術中，光盤技術是集計算技術、激光技術和數(shù)字通信技術于一體的綜合性技術.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(chǎn)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(shù)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采用氣體放電（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采用結電流注入方式進行激勵，某些半導體激光器亦可采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(zhì)進行激勵的激光器，反希望產(chǎn)生的化學反應可分別采用光照引發(fā)、放電引發(fā)、化學引發(fā)。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(zhì)的一類特種激光器，如核泵浦氦氬激光器等。

運轉(zhuǎn)方式

由于激光器所采用的工作物質(zhì)、激勵方式以及應用目的的不同，其運轉(zhuǎn)方式和工作狀態(tài)亦相應有所不同，從而可區(qū)分為以下幾種主要的類型。①連續(xù)激光器，其工作特點是工作物質(zhì)的激勵和相應的激光輸出，可以在一段較長的時間范圍內(nèi)以連續(xù)方式持續(xù)進行，以連續(xù)光源激勵的固體激光器和以連續(xù)電激勵方式工作的氣體激光器及半導體激光器，均屬此類。由于連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中往往不可避免地產(chǎn)生器件的過熱效應，因此多數(shù)需采取適當?shù)睦鋮s措施。②單次脈沖激光器，對這類激光器而言，工作物質(zhì)的激勵和相應的激光發(fā)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，均采用此方式運轉(zhuǎn)，此時器件的熱效應可以忽略，故可以不采取特殊的冷卻措施。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(xù)方式進行激勵但以一定方式調(diào)制激光振蕩過程,以獲得重復脈沖激光輸出,通常亦要求對器件采取有效的冷卻措施。④調(diào)Q激光器,這是專門指采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(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)形成后并不使其產(chǎn)生激光振蕩 （開關處于關閉狀態(tài)），待粒子數(shù)積累到足夠高的程度后，突然瞬時打開 開關，從而可在較短的時間內(nèi)（例如10～10秒）形成十分強的激光振蕩和高功率脈沖激光輸出（見技術'" class=link>激光調(diào) 技術）。⑤鎖模激光器，這是一類采用鎖模技術的特殊類型激光器，其工作特點是由共振腔內(nèi)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，若進一步采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(wěn)頻激光器，單模激光器是指在采用一定的限模技術后處于單橫?；騿慰v模狀態(tài)運轉(zhuǎn)的激光器，穩(wěn)頻激光器是指采用一定的自動控制措施使激光器輸出波長或頻率穩(wěn)定在一定精度范圍內(nèi)的特殊激光器件，在某些情況下，還可以制成既是單模運轉(zhuǎn)又具有頻率自動穩(wěn)定控制能力的特種激光器件（見激光穩(wěn)頻技術）。⑦可調(diào)諧激光器，在一般情況下，激光器的輸出波長是固定不變的，但采用特殊的調(diào)諧技術后，使得某些激光器的輸出激光波長，可在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可控地發(fā)生變化，這一類激光器稱為可調(diào)諧激光器（見激光調(diào)諧技術）。

波段范圍

根據(jù)輸出激光波長范圍之不同，可將各類激光器區(qū)分為以下幾種。①遠紅外激光器，輸出波長范圍處于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(qū)域。②中紅外激光器，指輸出激光波長處于中紅外區(qū)（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,指輸出激光波長處于近紅外區(qū)（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半導體二極管激光器（約0.8微米）和某些氣體激光器等。④可見激光器，指輸出激光波長處于可見光譜區(qū)（4000～7000?；?.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(diào)諧染料激光器等。⑤近紫外激光器，其輸出激光波長范圍處于近紫外光譜區(qū)（2000～4000埃），代表者為氮分子激光器（3371埃）氟化氙（XeF）*（3511埃、3531埃）、 氟化氪（KrF）*（2490埃）以及某些可調(diào)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于真空紫外光譜區(qū)（50～2000埃）代表者為（H）分子激光器 （1644～1098埃）、氙（Xe）*（1730埃）等。⑦X射線激光器, 指輸出波長處于X射線譜區(qū)（0.01～50埃）的激光器系統(tǒng)，軟X 射線已研制成功，但仍處于探索階段。

歷史由來

激光器的發(fā)明是20世紀科學技術的一項重大成就。它使人們終于有能力駕駛尺度極小、數(shù)量極大、運動極混亂的分子和原子的發(fā)光過程，從而獲得產(chǎn)生、放大相干的紅外線、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，處于高能態(tài)的物質(zhì)粒子受到一個能量等于兩個能級之間能量差的光子的作用，將轉(zhuǎn)變到低能態(tài)，并產(chǎn)生第二個光子，同個光子同時發(fā)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(fā)射方向、頻率、位相、偏振*相同。

發(fā)展階段

此后，量子力學的建立和發(fā)展使人們對物質(zhì)的微觀結構及運動規(guī)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(chǎn)生進一步奠定了理論基礎。20世紀40年代末，量子電子學誕生后，被很快應用于研究電磁輻射與各種微觀粒子系統(tǒng)的相互作用，并研制出許多相應的器件。這些科學理論和技術的快速發(fā)展都為激光器的發(fā)明創(chuàng)造了條件。
如果一個系統(tǒng)中處于高能態(tài)的粒子數(shù)多于低能態(tài)的粒子數(shù)，就出現(xiàn)了粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)狀態(tài)。那么只要有一個光子引發(fā)，就會迫使一個處于高能態(tài)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(fā)其他原子受激輻射，這樣就實現(xiàn)了光的放大；如果加上適當?shù)闹C振腔的反饋作用便形成光振蕩，從而發(fā)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(shù)反轉(zhuǎn)，并獲得了每秒50千赫的受激輻射。稍后，美國物理學家查爾斯·湯斯以及蘇聯(lián)物理學家馬索夫和普羅霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激輻射原理來產(chǎn)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于“純科學”，對于激光器到底能否研制成功，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于制成了臺氨分子束微波激射器，成功地開創(chuàng)了利用分子和原子體系作為微波輻射相干放大器或振蕩器的先例。

湯斯等人研制的微波激射器只產(chǎn)生了1.25厘米波長的微波，功率很小。生產(chǎn)和科技不斷發(fā)展的需要推動科學家們?nèi)ヌ剿餍碌陌l(fā)光機理，以產(chǎn)生新的性能優(yōu)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，提出了采用開式諧振腔的關鍵性建議，并預防了激光的相干性、方向性、線寬和噪音等性質(zhì)。同期，巴索夫和普羅霍洛夫等人也提出了實現(xiàn)受激輻射光放大的原理性方案。

此后，世界上許多實驗室都被卷入了一場激烈的研制競賽，看誰能成功制造并運轉(zhuǎn)世界上臺激光器。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(nèi)的研制競賽。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(chǎn)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。

盡管梅曼是個將激光引入實用領域的科學家，但在法庭上，關于到底是誰發(fā)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，微波激射器的湯斯與肖洛也發(fā)展了有關激光的概念。經(jīng)法庭終判決，湯斯因研究的書面工作早于古爾德9個月而成為勝者。不過梅曼的激光器的發(fā)明權卻未受到動搖。

1960年12月，出生于伊朗的美國科學家賈萬率人終于成功地制造并運轉(zhuǎn)了*臺氣體激光器——氦氖激光器。1962年，有三組科學家?guī)缀跬瑫r發(fā)明了半導體激光器。1966年，科學家們又研制成了波長可在一段范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)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(wǎng)的化學激光器等紛紛問世。

主要用途

激光器是現(xiàn)代激光加工系統(tǒng)中*的核心組件之一。隨著激光加工技術的發(fā)展，激光器也在不斷向前發(fā)展，出現(xiàn)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(fā)展歷史來看，首先出現(xiàn)的激光器是在20世紀70年代中期的封離式CO2激光管，發(fā)展至今，已經(jīng)出現(xiàn)了第五代CO2激光器——擴散冷卻型CO2激光器。從發(fā)展上可以看出，早期的CO2激光器趨向激光功率提高的發(fā)展方向，但當激光功率達到一定要求后，激光器的光束質(zhì)量受到重視，激光器的發(fā)展隨之轉(zhuǎn)移到調(diào)高光束質(zhì)量上。出現(xiàn)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(zhì)量，已經(jīng)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(yè)的青睞。[

21世紀初，出現(xiàn)了另外一種新型激光器——半導體激光器。與傳統(tǒng)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(yōu)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(yōu)點，隨著半導體激光技術的不斷發(fā)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(fā)展也十分迅速。其中，光纖激光器發(fā)展較快，尤其是稀土摻雜的光纖激光器，應在光纖通信、光纖傳感、激光材料處理等領域獲得了廣泛的應用。

由于激光器具備的種種突出特點，因而被很快運用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫(yī)療、軍事等各方面，并在許多領域引起了革命性的突破。激光在軍事上除用于通信、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(jīng)投入實用。

1、激光用作熱源。激光光束細小 ，且?guī)е薮蟮墓β?，如用透鏡聚焦，可將能量集中到微小的面積上，產(chǎn)生巨大的熱量。比如，人們利用激光集中而*的能量，可以對各種材料進行加工，能夠做到在一個針頭上鉆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(yī)療、農(nóng)業(yè)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，由于方向性好、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，可以攜帶相當于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(chǎn)生高壓與高溫，促使兩種原子核聚合為氦和中子，并同時放出巨大輻射能量。由于激光能量可控制，所以該過程稱為受控核聚變。
今后，隨著人類對激光技術的進一步研究和發(fā)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(xù)擴大，并將發(fā)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，屬于一般民用品，也稱為激光筆、指星筆等。是一種用途廣泛的產(chǎn)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；軍事單位用于配合大屏幕指揮系統(tǒng)指示；旅游單位用于導游講解；建筑及裝修監(jiān)理單位用于建筑、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(fā)射的二氧化碳激光器也有很多種，在科研和工業(yè)中用途極廣。如果按每一脈沖發(fā)出的能量大小作比較，那么，脈沖二氧化碳激光器又是脈沖激光器中的強者。這里，我們要回到激光*者湯斯曾經(jīng)研究過的問題上來，談一談毫米波的產(chǎn)生。隨著激光技術的發(fā)展，許多科學家對這一難題又發(fā)起了進攻：采用放電或利用強大的二氧化碳激光作為激勵源去激發(fā)氟甲烷、氨等氣體分子，一步步地把發(fā)射出來的激光波長延長，擴展。開始達幾十微米，后來達幾百微米，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(fā)展，科學家根據(jù)激光的原理和方法產(chǎn)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(fā)現(xiàn)的新紅外激光*了。
從研究中，科學家發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)的氣體原子、離子結構不一樣；氣體產(chǎn)生的激光有明確的波長，而染料產(chǎn)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(jù)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臺廣播一樣。

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(fā)出的激光。用一種顏色的激光作光泵，結果能產(chǎn)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(jù)需要可以隨時改變產(chǎn)生激光的波長的激光器，主要用于光譜學研究；許多物質(zhì)會有選擇地吸收某些波長的光，產(chǎn)生共振現(xiàn)象?？茖W家用這些現(xiàn)象分析物質(zhì)，了解材料結構；還用這些激光器來產(chǎn)生新的激光，研究一些奇異的光學和光譜學現(xiàn)象。

易發(fā)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：
　?。?）激光射出沾到易燃物引起火災。大家知道激光發(fā)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后引起火災的可能性非常大。
　?。?）機器在運行時會可能會產(chǎn)生有害氣體。例如在用氧氣切割時與切割材料發(fā)生化學反應，生成不明化學物質(zhì)或細小顆粒等雜質(zhì)。被人體吸收以后可能會產(chǎn)生過敏反應或引起肺部等呼吸道的不適。在進行作業(yè)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為嚴重。而且眼睛的傷害是性的。所以在進行作業(yè)時一定要注意保護眼睛。
　　所以，進行切割的環(huán)境應該中嚴禁易燃物體靠近機器并且保持通風，工作場所還應該配有滅火器。工作人員在進行作業(yè)時要做好自我防護措施。

前景展望

光纖激光器可實現(xiàn)800nm－2100nm波段的激光輸出，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(yī)療衛(wèi)生等領域。未來光纖激光器的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)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(zhuǎn)換效率，優(yōu)化光束質(zhì)量，縮短增益光纖長度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性并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制：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(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在頻域方面，寬帶輸出并可調(diào)諧的光纖激光器將成為研究熱點，一種采用ZEBLAN材料（Zr、Ba、La、Al、Nd）為激光介質(zhì)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(xiàn)波長上轉(zhuǎn)換幾個波段，被專家譽為下一代通信材料，如能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)將會在激光打印和大屏幕顯示領域產(chǎn)生幾十億美元的市場?？梢灶A見，隨著相關技術的完善，光纖激光器將向更廣闊的領域發(fā)展，并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(chǎn)業(yè)。

4分類

可調(diào)諧激光器

可調(diào)諧激光器tunable laser 是指在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)改變激光輸出波長的激光器（見激光）。這種激光器的用途廣泛，可用于光譜學、光化學、醫(yī)學、生物學、集成光學、污染監(jiān)測、半導體材料加工、信息處理和通信等。

單模激光器

輸出為單橫模（一般為基模）、多縱模的激光器。

化學氧碘激光器

化學氧碘激光器是一種機載激光器。機載激光器系統(tǒng)是以改型的波音747-400F飛機作為發(fā)射平臺（代號YAL-1A），以產(chǎn)生高能激光的化學氧碘激光器為核心，配置跟蹤瞄準系統(tǒng)和光束控制與發(fā)射系統(tǒng)，利用激光作為能量直接毀傷目標或使之失效的定向能武器。

二氧化碳激光器

二氧化碳激光器是以CO2氣體作為工作物質(zhì)的氣體激光器。放電管通常是由玻璃或石英材料制成，里面充以CO2氣體和其他輔助氣體（主要是氦氣和氮氣，一般還有少量的氫或氙氣）；電極一般是鎳制空心圓筒；諧振腔的一端是鍍金的全反射鏡，另一端是用鍺或砷化鎵磨制的部分反射鏡。當在電極上加高電壓（一般是直流的或低頻交流的），放電管中產(chǎn)生輝光放電，鍺鏡一端就有激光輸出，其波長為10.6微米附近的中紅外波段；一般較好的管子。一米長左右的放電區(qū)可得到連續(xù)輸出功率40～60瓦。CO2激光器是一種比較重要的氣體激光器。

液體激光器

液體激光器也稱染料激光器，因為這類激光器的激活物質(zhì)是某些有機染料溶解在乙醇、甲醇或水等液體中形成的溶液。為了激發(fā)它們發(fā)射出激光，一般采用高速閃光燈作激光源，或者由其他激光器發(fā)出很短的光脈沖。液體激光器發(fā)出的激光對于光譜分析、激光化學和其他科學研究，具有重要的意義。

數(shù)字激光器

數(shù)字激光器將其中一個反射鏡換成了“空間光調(diào)制器”?！翱臻g光調(diào)制器”如同一個可反光的微型液晶顯示屏，“只需通過電腦向顯示屏輸入特定圖像就能得到所需要的激光模式。其大特點是不用為每束激光設計一個新激光器，只需在電腦上變換圖片，就能得到想要的光束形狀。

數(shù)字激光可以創(chuàng)建幾乎任何激光模式，而在以前，每束光都需要一個單獨激光器，為此很多人需要花費一兩年才能做到這項發(fā)明是激光技術的一個里程碑，在醫(yī)療領域，它可以用作無血手術，眼部護理和牙科。在工業(yè)領域，它可以幫助切割，焊接。在通信領域，它將極大促進光纖通訊的發(fā)展。