激光科普贴（161楼新楚天奔腾激光见闻，军兔供应商哦）

一、什么是激光？
Laser 是“Light amplification by stimulated emission of radiation”的缩写，表示了激光是通过原子受激辐射发光和共振放大形成的。原子具有能量不连续分布的能级，通常状态下，原子处于最低能级，叫做基态，是稳定状态，这时电子在离核最近的轨道上运动。当有外部能量输入，电子吸收能量而被激发到能量较高的能级，这时称为激发态或高能态，被激发到高能级的原子是不稳定的，存在回到低能级的趋势。当原子从高能级跃迁到低能级时，其能量差则以光子的形式辐射出来，即自发辐射，又称荧光。如果在原子跃迁时是受到外来光子的诱发，原子就会发射一个与入射光子的频率、相位、传播方向、偏振方向完全相同的光子，这就是受激辐射。原子在外来能量的激发下，使处于高能级的原子数目远大于低能级的数目，称为粒子数反转。这时在外来光子的刺激下，产生受激辐射发光，这些光子再通过谐振腔的作用产生放大，就形成了激光。普通光源为非相干光源，它们发光以自发辐射为主，各发光点所发出的光在频率、方向、位相、偏振上均是随机的。而激光与普通光源最重要的区别在于激光是相干光源，它具有高强度、高方向性、高单色性、高相干性，也正是这四个优异的特性决定了激光的应用范围和领域。
二、激光器的种类
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中心而制成的；
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做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。
工业用的激光，加工形式主要是切割与焊接，其中切割要占到70%以上
现在用于激光切割的激光器主要有 CO2激光器、Nd:YAG 激光器、Nd:YVO4激光器、光纤激光器、准分子激光器。
1、输出波长为 10.6μm 的 CO2激光器，它的功率范围大，从几瓦到几万瓦；可以使用连续和脉冲输出两种模式；电光转换效率高；单色性好；光束质量好；其缺点是气体激光器的激活粒子密度较低，需要较大体积的工作物质，因此其体积比较庞大。大功率的 CO2激光器通常用在精度较低的大型工件的切割中。
2、输出波长为 1064nm 的掺钕钇铝石榴石激光器，即 Nd:YAG 激光器，可以在连续和脉冲两种状态下工作，体积小，可以高重复频率运转，是固体激光器中最有代表性、使用最广泛的一种激光器。其最大连续输出功率可达 10kW 以上，在大功率切割和精密加工中均有应用。但其缺点是转换效率低，光束质量较差。
除此之外还有利用倍频晶体实现二倍频(532nm)、三倍频(355nm)、四倍频的(266nm)的绿光及紫外激光器，它们在精细加工中应用较多。
3、掺钕钒酸钇激光器，即 Nd:YVO4激光器，与 Nd:YAG 相比它对泵浦光有较高的吸收系数和更大的受激发射截面，且输出为线偏振。激光二极管(LD)泵浦的 Nd:YVO4晶体与 LBO,BBO,KTP 等高非线性系数的晶体配合使用，能够达到较好的倍频转换效率，可以制成输出近红外、绿光、紫外等类型的全固态激光器。它已经广泛应用在很多领域，且正迅速的取代传统的水冷离子激光器和灯泵浦激光器的市场。
4、光纤激光器，它是使用光纤作为工作物质的激光器，其种类较多，应用较多的主要是稀土掺杂光纤激光器，辐射波长由基质的稀土掺杂剂决定。其光束质量不受激光功率运作的影响，光束质量好。它结构简单，体积小巧，电能消耗少。光纤激光器在大功率切割和精密切割中均有应用，且呈现出逐步取代传统高功率激光器和 YAG 激光器的趋势。
5、准分子激光器，它是以准分子为工作物质的一类气体激光器件，短波长的紫外激光输出是准分子激光器应用的突出优点，曾经是首选的紫外激光源，紫外光频率高，光子能量大，可以直接深入到材料内部进行冷加工，实现对材料的剥离，特别适合精细的加工。因此一直以来，它在紫外“冷加工”应用领域中占有主导地位，在医学、半导体和微电子领域有广泛的应用。但是准分子激光器有许多固有的缺点，所有的准分子激光器都要使用有毒气体，气体的更换，存储和调整过程非常麻烦；它们的体积庞大，价格昂贵，操作和维修费用高；最大的问题在于准分子激光器的输出光束大而方，空间质量较差，这严重地限制了光束的聚焦性，使得在微处理过程中一定要使用掩模板。随着结构紧凑、高平均功率、高可靠性、操作简便的半导体泵浦全固态紫外激光器的出现，准分子激光器在某些领域有逐步被取代的趋势。

一、什么是激光？
Laser 是“Light amplification by stimulated emission of radiation”的缩写，表示了激光是通过原子受激辐射发光和共振放大形成的。原子具有能量不连续分布的能级，通常状态下，原子处于最低能级，叫做基态，是稳定状态，这时电子在离核最近的轨道上运动。当有外部能量输入，电子吸收能量而被激发到能量较高的能级，这时称为激发态或高能态，被激发到高能级的原子是不稳定的，存在回到低能级的趋势。当原子从高能级跃迁到低能级时，其能量差则以光子的形式辐射出来，即自发辐射，又称荧光。如果在原子跃迁时是受到外来光子的诱发，原子就会发射一个与入射光子的频率、相位、传播方向、偏振方向完全相同的光子，这就是受激辐射。原子在外来能量的激发下，使处于高能级的原子数目远大于低能级的数目，称为粒子数反转。这时在外来光子的刺激下，产生受激辐射发光，这些光子再通过谐振腔的作用产生放大，就形成了激光。普通光源为非相干光源，它们发光以自发辐射为主，各发光点所发出的光在频率、方向、位相、偏振上均是随机的。而激光与普通光源最重要的区别在于激光是相干光源，它具有高强度、高方向性、高单色性、高相干性，也正是这四个优异的特性决定了激光的应用范围和领域。
二、激光器的种类
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中心而制成的；
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做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。
工业用的激光，加工形式主要是切割与焊接，其中切割要占到70%以上
现在用于激光切割的激光器主要有 CO2激光器、Nd:YAG 激光器、Nd:YVO4激光器、光纤激光器、准分子激光器。
1、输出波长为 10.6μm 的 CO2激光器，它的功率范围大，从几瓦到几万瓦；可以使用连续和脉冲输出两种模式；电光转换效率高；单色性好；光束质量好；其缺点是气体激光器的激活粒子密度较低，需要较大体积的工作物质，因此其体积比较庞大。大功率的 CO2激光器通常用在精度较低的大型工件的切割中。
2、输出波长为 1064nm 的掺钕钇铝石榴石激光器，即 Nd:YAG 激光器，可以在连续和脉冲两种状态下工作，体积小，可以高重复频率运转，是固体激光器中最有代表性、使用最广泛的一种激光器。其最大连续输出功率可达 10kW 以上，在大功率切割和精密加工中均有应用。但其缺点是转换效率低，光束质量较差。
除此之外还有利用倍频晶体实现二倍频(532nm)、三倍频(355nm)、四倍频的(266nm)的绿光及紫外激光器，它们在精细加工中应用较多。
3、掺钕钒酸钇激光器，即 Nd:YVO4激光器，与 Nd:YAG 相比它对泵浦光有较高的吸收系数和更大的受激发射截面，且输出为线偏振。激光二极管(LD)泵浦的 Nd:YVO4晶体与 LBO,BBO,KTP 等高非线性系数的晶体配合使用，能够达到较好的倍频转换效率，可以制成输出近红外、绿光、紫外等类型的全固态激光器。它已经广泛应用在很多领域，且正迅速的取代传统的水冷离子激光器和灯泵浦激光器的市场。
4、光纤激光器，它是使用光纤作为工作物质的激光器，其种类较多，应用较多的主要是稀土掺杂光纤激光器，辐射波长由基质的稀土掺杂剂决定。其光束质量不受激光功率运作的影响，光束质量好。它结构简单，体积小巧，电能消耗少。光纤激光器在大功率切割和精密切割中均有应用，且呈现出逐步取代传统高功率激光器和 YAG 激光器的趋势。
5、准分子激光器，它是以准分子为工作物质的一类气体激光器件，短波长的紫外激光输出是准分子激光器应用的突出优点，曾经是首选的紫外激光源，紫外光频率高，光子能量大，可以直接深入到材料内部进行冷加工，实现对材料的剥离，特别适合精细的加工。因此一直以来，它在紫外“冷加工”应用领域中占有主导地位，在医学、半导体和微电子领域有广泛的应用。但是准分子激光器有许多固有的缺点，所有的准分子激光器都要使用有毒气体，气体的更换，存储和调整过程非常麻烦；它们的体积庞大，价格昂贵，操作和维修费用高；最大的问题在于准分子激光器的输出光束大而方，空间质量较差，这严重地限制了光束的聚焦性，使得在微处理过程中一定要使用掩模板。随着结构紧凑、高平均功率、高可靠性、操作简便的半导体泵浦全固态紫外激光器的出现，准分子激光器在某些领域有逐步被取代的趋势。