常用激光器

下面僅是其中最常用和最有代表性的幾種分別為：

紅寶石激光器 　這是人們最早研制成功而到今仍被經(jīng)常采用的一種固體激光器。其工作物質為紅寶石晶體，化學表示式為Al2O3:Cr3 ，是將作為發(fā)光中心的三價鉻離子(Cr3 )摻入剛玉(Al2O3)基質中并經(jīng)人工生長方法而成;整個晶體外觀呈暗紅色,并通常加工為圓棒狀。采用光泵方法激勵，室溫下輸出激光波長約為6943埃。通常情況下,是采用發(fā)光亮度較高的脈沖氙燈進行激勵,可在較低重復頻率下進行脈沖式運轉；在某些特殊場合下，亦可采用連續(xù)光源激勵而實現(xiàn)連續(xù)運轉。

紅寶石激光器的主要優(yōu)點是輸出可見光波段的激光，可在室溫下運轉,工作晶體抗激光破壞能力強,器件尺寸可做得比較小，能獲得較大功率的脈沖激光輸出等；其不足之處是為產生激光振蕩所必需的光泵閾值水平較高，激光振蕩受工作晶體溫度變化影響較為明顯，晶體光學質量不夠理想等。這種激光器主要用于激光測距、激光加工、激光全息技術、激光醫(yī)學及實驗室基本研究等方面。

摻釹釔鋁石榴石激光器（YAG 激光器） 這種激光器的工作物質是摻有三價釹離子(Nd3 )的釔鋁石榴石晶體,其化學表示式為Y3Al5O12:Nd3 ,呈淺紫色,通常加工成圓棒狀。該種晶體的熱傳導性能較好，而且激光振蕩特性受晶體溫升變化又比較小，故這種激光器可在連續(xù)光泵（連續(xù)氪燈激勵）條件下進行連續(xù)式運轉，或者在較高重復脈沖（脈沖氙燈激勵）條件下進行脈沖運轉，輸出激光波長為1.064微米。

摻釹釔鋁石榴石激光器 (簡稱為YAG激光器)的主要優(yōu)點是為產生激光振蕩所必需的光泵激勵閾值較低，器件的能量轉換效率較高，可在室溫條件下進行較長期的連續(xù)運轉或較高重復率（達每秒幾十次以上）脈沖式運轉;其不足之處是輸出激光為人眼看不見的近紅外光,因此在許多應用場合下需采用倍頻(二次諧波)技術將1.06微米激光轉換為0.53微米的綠色激光；此外，工作晶體受人工生長技術的限制不容易做得很大，且晶體本身抗激光破壞的能力不很強，因此不適于用來產生較高功率和較大能量的脈沖輸出。這種激光器主要應用于激光測量、激光加工、激光治療、激光泵浦、非線性光學以及實驗室基本研究等方面。

釹玻璃激光器工作物質是摻有三價釹離子 (Nd3 )的優(yōu)質光學玻璃(常用者為硅酸鹽玻璃),呈淡紫紅色,通常情況下加工成圓棒狀，特殊要求場合下亦可成片狀或其他幾何形狀。采用光泵（脈沖氙燈）激勵，輸出激光波長為1.06微米，可在室溫或高于室溫的較大范圍內進行單次脈沖運轉或較低重復率情況下的重復脈沖運轉?！♀S玻璃激光器的主要優(yōu)點是成本較低、器件的能量轉換效率較高，特別是用現(xiàn)有方法可制備大體積、高質量、抗激光破壞能力強的釹玻璃工作物質，故可制成較大尺寸的器件，用來獲得較高功率或較大能量（高于幾千焦耳）的近紅外脈沖激光輸出。其不足之處是玻璃工作物質的熱傳導性能較差，故不適于作連續(xù)運轉或較高重復率的脈沖運轉。這種激光器主要應用于激光加工、激光治療、激光測量、非線性光學與激光等離子體研究方面。

氦氖激光器 　是一種典型的原子氣體激光器，也是人們最早研制成功而且仍然是應用最廣的一種氣體激光器。工作物質為惰性氣體氦(He)與氖(Ne)的混合物，通常采用直流氣體放電進行激勵，其中氦原子起能量轉移作用，而氖原子起粒子數(shù)反轉和發(fā)射激光的作用，通常輸出為6328埃的紅色可見激光，也可制成近紅外波段的激光輸出，工作狀態(tài)為連續(xù)運轉。

氦氖激光器的主要優(yōu)點是裝置簡單、成本低廉、操作簡便、可長時間穩(wěn)定運轉以及輸出為單色性較好的可見激光等；其主要不足之處是連續(xù)輸出的激光功率水平較低（通常在毫瓦量級）。這種激光器主要用于激光準直、激光顯示、精密測量與計量標準、全息照相與激光通信等方面。

氬離子激光器 　這是一種典型的離子激光器，工作物質為惰性氣體氬，工作氣壓一般在1托以下,以大電流直流放電進行激勵,在氬離子(Ar )的3p44p至3p44s電子組態(tài)間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉并產生相應的多條可見激光譜線發(fā)射，其中最強的激光譜線波長為4880埃和5145埃。

氬離子激光器的主要優(yōu)點是可以獲得較高功率（幾十瓦以上）的連續(xù)運轉可見激光輸出；不足之處是器件結構復雜、成本較高、能量轉換效率較低等。這種激光器主要用于激光顯示、信息處理、激光泵浦、全息照相以及激光光譜學研究等方面。

二氧化碳激光器 　這是一種典型的分子氣體激光器，工作物質為二氧化碳(CO2)分子氣體,通常情況下采用氣體放電進行激勵；當器件用于連續(xù)運轉時，工作物質氣壓較低（10托以下），當器件用于脈沖狀態(tài)時，工作物質氣壓較高（大于大氣壓）；輸出激光波長主要在10.6微米附近的中紅外光譜區(qū)。

二氧化碳激光器的主要優(yōu)點是器件的能量轉換效率較高(可達20%)，在脈沖運轉情況下可獲得大能量（幾千焦耳以上）脈沖激光輸出。這種激光器主要用于激光加工、激光治療、激光通信、非線性光學激光光譜學與激光等離子體研究等方面。

氮分子激光器　是一種工作在紫外波段的脈沖氣體激光器。工作物質為氮分子(N2)氣體，采用快速大電流脈沖放電進行激勵，在氮分子的電子能級間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉和產生波長較短的激光發(fā)射，其輸出波長主要分布在近紫外光譜區(qū)，其中以3371埃激光譜線為最常用；輸出激光脈沖的時間寬度較窄,一般為納(10-9)秒數(shù)量級；輸出激光的脈沖峰值功率也較高,可達兆瓦量級以上;輸出脈沖重復率可達每秒幾十到幾百次。

氮分子激光器的主要優(yōu)點是輸出為近紫外激光，脈沖功率較高。困此適用于激光熒光分析、制造集成電路、激光育種、激光治療、探測污染、激光泵浦以及用于非線性光學方面的基礎研究等。

準分子激光器 　這是一種特殊類型并且主要工作在紫外波段的氣體激光器，工作物質為準分子氣體。準分子是一種不穩(wěn)定的處于激發(fā)狀態(tài)的復合分子，通常情況下它從產生到消失所經(jīng)歷的時間很短（幾十納秒量級）?？僧a生激光作用的準分子氣體大體可分為三類：即惰性氣體準分子(如Xe2、Ar2等),惰性氣體原子與鹵素氣體原子結合而成的準分子（如XeF、KrF、XeCl等），以及金屬原子與鹵素原子結合而成的準分子 (如HgCl、CUF等)。這種激光器采用快放電激勵或脈沖電子束注入激勵；輸出多條激光譜線且主要分布在光譜波段的近紫外區(qū)和真空紫外區(qū)。

準分子激光器的主要優(yōu)點是輸出激光位于近紫外與真空紫外區(qū)，可獲得較高功率和較大能量的脈沖激光輸出，器件的能量轉換效率較高。這種激光器的應用范圍與氮分子激光器大致相同。

可調諧染料激光器　這是一種典型的液體激光器，工作物質為有機染料溶液，可采用脈沖氙燈或由其他激光器發(fā)出的激光進行光泵激勵；由于對選定的某種染料溶液而言，常常具有較寬的熒光發(fā)射譜帶和相應的激光增益帶寬，因此在激光器內采用適當?shù)纳⒃φ袷庮l率進行選擇性控制之后，可在較寬光譜范圍內（通?？蛇_幾百埃以上）獲得單色性較好的可調諧激光輸出；若進一步變換所使用的染料媒質的種類或組合方式，則可在更加寬廣的光譜范圍內（可達千埃以上）實現(xiàn)可調諧激光振蕩。染料激光器可分別采用連續(xù)或重復脈沖兩種方法運轉，在以激光進行光泵激勵的情況下，器件有較高的能量轉換效率。在可見光譜區(qū)運轉的染料激光器所使用的典型工作物質為若丹明 6G、若丹明B等類染料溶液。

可調諧染料激光器主要應用于激光光譜學和非線性光學研究領域;此外,在激光顯示、信息記錄與存儲、激光醫(yī)學與生物學研究等方面也有其特殊的應用價值。

半導體二極管激光器 　這是人們最早研制成功的一種典型的半導體激光器。在本質上，這種裝置類似于一種單向（正）偏壓發(fā)光二極管,在N區(qū)導帶的底部集居著電子,而在P區(qū)價帶的頂部集居著空穴；在正向偏壓作用下，電子由N區(qū)進入P區(qū)，并在PN結（交界）區(qū)與空穴相復合而產生發(fā)光，發(fā)光光子能量約等于導帶與價帶之能量差；如果對PN結二極管施加的正向注入電流密度超過一定的閾值，使在PN結區(qū)由復合發(fā)光所決定的增益遠大于各種可能的光損耗，就可以形成相干的激光振蕩；此時，光學共振腔，可由垂直于結平面的兩個平行晶體解理面構成。

半導體PN結二極管激光器的主要優(yōu)點是體積小、重量輕、成本低、效率高和使用壽命長。效果最好和使用最普遍的是雙異質結型砷化鎵(GaAs/GaAlAs)二極管激光器，可在室溫條件下以較高重復脈沖率運轉或連續(xù)運轉，輸出激光在0.8微米附近的近紅外區(qū),并可按一定方式在有限的光譜范圍內進行調諧。

半導體二極管激光器在激光通信、信息存儲、處理與顯示、激光測距、制導、夜視及激光光譜學研究等領域均有重要應用價值(見激光、激光器、激光單元技術)。

稀土激光材料的應用器件

YAG∶Nd激光器

這是用量最多、最成熟的激光晶體，對其需求占激光晶體的90%左右，在未來5年內仍為主體。材料加工是激光器巨大市場之一。CO2激光器與YAG∶Nd激光器在材料加工方面銷售量之比為2∶1 。

光存貯激光器

作為信息高速公路重要組成部分，市場潛力非常巨大，其中一部分屬于光存儲。提高存儲密度的方法是用更短波長的激光，最佳選擇是808微米的LED泵浦YVO4∶Nd晶體 。

2微米激光器

Ho和Tm激光器有很大的市場潛力。由于Ho和Tm激光輸出波長在2微米左右，與水的吸收峰相接近，有比較好的對人體組織切割和凝血效果，可以用普通光纖傳輸，是理想的手術激光光源。美國已批準20多種2微米激光在醫(yī)療臨床使用?？芍委煻喾N疾病。2微米激光對人眼安全，大氣穿透好，可作為激光雷達光源，其綜合性能優(yōu)于YAG∶Nd和CO2激光器 。

LED泵浦的固體激光器

LED泵浦固體激光器其效率比燈泵浦提高10倍，全固體化可靠性提高100倍，在光存儲、微細加工、有線電視、遙感、雷達等科研方面有巨大市場。LED泵浦激光材料主要有YAG∶Nd、YAG∶Tm、YVO4∶Nd、Y2SiO5∶Nd等 。

與氦氖激光器不同，氬激光器工作于離子化原子的兩個能級間的躍遷。要使原子一次電離，也就是是要從每個氬原子去掉一個電子，必須供給氬氣相當大的能量。因此，氬激光器的電源比氦氖激光器的既笨重又復雜，雖然它能輸出的功率要大得多。然而總效率是差不多的。

能在可見光范圍內發(fā)射激光的離子氣體激光器有氬激光器和氪激光器。氬激光器能產生波長為5145埃的綠光和波長為4880埃的藍光。氪激光器能發(fā)射波長為6472埃的紅光這兩種激光器輸出功率較大，可應用于大屏幕激光彩色電視和攝制彩色全息照相。