激光器分类（固、液、气、化学、准分子、光纤等）

中科院半导体所 2022-03-02 18:00

文章来源：光电读书（guangdianread）

作者：光电读书

激光的波长和激光的分类直接相关，先看看激光的波长：

图片来源wikipedia，图片中大多数数据取自Weber's 《book Handbook of laser wavelengths》（韦伯《激光波长手册》）

波长条上方显示了不同的激光类型，下方显示了可以在波长范围内发射的激光。线条的高度表示市售的最大功率/脉冲能量，而颜色将激光材料的类型编成代码）。大部分数据来自韦伯的《激光波长手册》《Weber's book Handbook of laser wavelengths》。

激光分类的方法有很多，可分为固体、气体、液体、半导体、染料和光纤等几种类型：

（1）固体激光器（Solid state laser）一般体积小而坚固，脉冲辐射功率较高，应用范围较广泛。如：Nd:YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝石榴石，晶体结构与红宝石相似。还有Tm:YAG，Ho:YAG，Ho:YAG 等等。

（2）半导体激光器（Semiconductor laser）体积小、重量轻、寿命长、结构简单，特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。

（3）气体激光器（Gas laser）是其中通过气体释放电流以产生相干光的激光器。单色性和相干性较好，激光波长可达数千种，应用广泛。气体激光器结构简单、造价低廉、操作方便。在工农业、医学、精密测量、全息技术等方面应用广泛。气体激光器有电能、热能、化学能、光能、核能等多种激励方式。

（4）液体染料为工作物质的染料激光器（Dye laser）于1966 年问世，广泛应用于各种科学研究领域。现在已发现的能产生激光的染料，大约 500 种左右。这些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它们还可以包含在有机塑料中以固态出现，或升华为蒸汽，以气态形式出现。所以染料激光器也称为 “ 液体激光器 ” 。染料激光器的突出特点是波长连续可调。燃料激光器种类繁多，价格低廉，效率高，输出功率可与气体和固体激光器相媲美，应用于分光光谱、光化学、医疗和农业。

（5）化学激光器（Chemical Laser）有些化学反应产生足够多的高能原子，就可以释放出大能量，可用来产生激光作用。这主要是武器应用。比如氟化氢激光器能够提供兆瓦范围内的连续输出功率。

（6）自由电子激光器（Free electron laser） 这类激光器比其他类型更适于产生很大功率的辐射。它的工作机制与众不同，它从加速器中获得几千万伏高能调整电子束，经周期磁场，形成不同能态的能级，产生受激辐射。

（7）准分子激光器（Excimer laser，其实也属于气体激光之一）是一种紫外气态激光，处于激发态的惰性气体和另一种气体（惰性气体或卤素）结合的混合气体形成的分子，向其基态跃迁时发射所产生的激光，称为准分子激光。准分子激光属于低能量激光，无热效应，是方向性强、波长纯度高、输出功率大的脉冲激光，光子能量波长范围为157－353纳米，脉冲时间为几十纳秒，属于紫外光。最常见的波长有157 nm、193 nm、248 nm、308 nm、351-353 nm。

（8）光纤激光器（Fiber laser）利用光纤中的增益介质（稀土元素）提供光信号的放大。光纤激光器有单端泵浦和双端泵浦两种，后者的输出功率可以达到更高。还在研发中的相干合成技术可以进一步扩展输出功率。

（8）从连续性来分类有连续激光（Continuous laser）和脉冲激光（Pulsed laser and Ultrashort pulsed laser）, 脉冲激光：纳秒 (10e^-6秒), 皮秒 (10e^-9秒), 和飞秒 (10e^-12秒)甚至阿秒 (10e^-15秒)激光。

连续激光、较长脉冲激光和超短脉冲激光，同样作用在目标表面上，热效应差异很大。

除上述之外，其他类型的激光还有很多，拉曼激光（Raman laser）、金属蒸汽激光（Metal-vapor lasers），等等。针对不同的应用，有很多细分类型。作为工业4.0的基础，激光将会有越来越大的作用。

编辑：书羽