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激光器介绍
Jul 25,2025
自第一台固体脉冲红宝石激光器问世以来，激光器的研发迅猛发展，涌现出各种工作物质和运转方式的激光器。激光器可以通过多种分类方法进行归类：
1.按运转方式分为：连续激光器、准连续激光器、脉冲激光器、超短脉冲激光器。
在激光器的分类中，关于运转方式的一种分类是基于激光输出的重复率。可以将激光器分为两大类：连续激光器和脉冲激光器。
a.连续激光器：
工作特点： 连续激光器的激光输出是持续不断的，可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行。这使得它们适用于需要稳定输出的应用，如激光切割、焊接和熔覆等领域。
特性： 由于连续运转可能引起设备过热，通常需要采取适当的冷却措施来应对这一问题。
b.脉冲激光器：
工作特点： 脉冲激光器的激光输出以脉冲形式呈现，具有较大的输出功率。这使得它们特别适用于需要高峰值功率的应用，如激光打标、切割和测距等领域。
特性：通过激光能量压缩方式，形成窄脉宽和可调重复频率。常用的调Q、锁模、MOPA等方式可以有效降低过热效应，减小崩边效果，因此脉冲激光器多用于需要精细加工的场合。
2. 按工作波段分为：红外激光器、可见光激光器、紫外激光器、X射线激光器。
中红外激光器主要是10.6um的CO2激光器应用比较多；近红外激光器应用比较广，在激光加工领域主要有1064~1070nm；光纤通讯领域主要有1310和1550nm；激光雷达测距领域主要有905nm和1550nm；泵浦应用的878nm，976nm等；
可见光激光器由于可以通过1064nm倍频出532nm，所以532nm的绿光激光器应用比较多，多应用在激光加工、医疗应用等；
紫外激光器主要有355nm和266nm，由于紫外属于冷光源，多应用在精细加工、打标、医疗应用等。
3. 按工作介质分为：气体激光器、光纤激光器、固体激光器、半导体激光器等。
3.1 气体激光器主要有CO2激光器，是以CO2气体分子为工作介质，其激光波长为10.6um和9.6um。
特点：
这种激光器具有波长适宜于非金属材料加工，解决了光纤激光器在此方面的限制，并在加工领域展现与光纤激光器截然不同的特性。其能量转换效率为20%~25%，连续输出功率可达104W级别，脉冲输出能量可达104焦耳级别，而脉冲宽度可被压缩至纳秒级。该激光器波长正好位于大气窗口，对人眼的危害相较于可见光和1064nm红外光要小得多。广泛应用于材料加工、通信、雷达、诱发化学反应和外科手术等领域，同时还可用于激光引发热核反应、激光分离同位素以及激光武器等高技术领域。
3.2 光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。因其优越的性能和特性，以及成本优势是目前应用最广的激光器。特点如下：
光纤激光器具有多项显著特点，其中包括：1. 光束质量卓越：光纤激光器采用波导结构，易于实现单横模输出，受外界干扰小，从而实现高亮度的激光输出。2. 多波长输出：由于稀土离子能级丰富，光纤激光器可实现多波长输出，具备更灵活的应用潜力。3. 高效率：商业化光纤激光器的电光转换效率可高达25%，有助于成本降低、节能环保。4. 优越的散热特性：光纤激光器采用玻璃材料，具有极低的体积面积比，散热迅速、损耗低，因而实现较高的转换效率和低激光阈值。5. 结构紧凑、可靠性高：激光器内部无光学镜片，具备免调节、免维护、高稳定性等优点，相较传统激光器更具可靠性。6. 低制造成本：玻璃光纤制造成本较低，技术成熟，同时其可绕性带来小型化和集约化优势。光纤激光器在众多领域得到广泛应用，包括激光通讯、空间远距通讯、工业制造（如造船、汽车）、激光雕刻、激光打标、激光切割、印刷制辊、军事国防、医疗器械、作为其他激光器的泵浦源等。这种激光器的广泛应用表明其在不同领域中具备多样化的优势。
3.3 固体激光器的工作介质是绝缘晶体，一般采用光泵浦激励。
YAG激光器，采用掺铷钇铝石榴石晶体作为工作介质，常使用氪气或氙气灯管作为泵浦灯。由于Nd离子吸收的是特定波长的泵浦光，导致大部分能量转变成热能，因此YAG激光器的能量转换效率较低，且加工速度较慢。逐渐被光纤激光器所替代，因为光纤激光器具有更高的能量转换效率和更快的加工速度。新型固体激光器采用半导体激光器泵浦，具有多项优势。其能量转换效率高，半导体激光器电光转换效率高达50%，远高于传统的使用闪光灯泵浦的固体激光器。在工作时产生的无功热量较小，介质温度稳定，可制成全固化器件，消除振动的影响，光谱线更窄，频率稳定性更好。此外，新型固体激光器寿命长、结构简单，使用方便。固体激光器相较于光纤激光器的优势在于单脉冲能量更高，结合超短脉冲调制，一般连续功率在100W以上，脉冲峰值功率可高达109W。然而，由于工作介质的制备较复杂，导致价格较高。这类固体激光器主要的波长是1064nm的近红外，通过倍频可以得到532nm、355nm、266nm等其他波长的固体激光器，扩展了其应用领域。
3.4 半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质半导体激光器因其不需要复杂的谐振腔结构，具有小型化和轻量化的优势，因此特别适用于对设备体积和重量有严格要求的场合。其光电转化率高、寿命长、无需维护的特性使其成为广泛应用的激光器类型。常见的应用场景包括指向设备、显示技术、通信测距等领域。此外，半导体激光器也常被用作其他激光器的泵浦源，为其提供激发能量。
激光二极管和激光笔等产品是我们常见的应用半导体激光器的例子。它们在日常生活中得到广泛使用，展现了半导体激光器在各种便携式、小型设备中的重要作用。
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