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本期接上期激光产生的基本原理，继续介绍激光器及其加工系统中激光器部分——激光器分类，在本篇中，详细介绍了根据增益介质不同的激光器的几大种类，他们分别是：碟片激光器、光纤激光器、半导体激光器、YAG激光器。
下期将继续分享：激光器参数篇、加工系统篇。 
根据上一期我们讲述的激光产生的基本原理，可以知道：激光器可以根据增益介质、泵浦方式、输出波长、输出功率和运转方式等5个方面进行分类。具体分类方法如下：1、根据泵浦方式的不同，激光器可以分为光泵式激光器、电泵式激光器、化学泵浦激光器、热泵浦激光器、核泵浦激光器。一般而言，不同类型的泵浦源是与激光晶体不同的吸收波长相适应的。
2、根据输出波长的不同，激光器可以分为红外激光器、可见光激光器、紫外光激光器、深紫外光激光器。不同结构的物质可吸收的光波长范围不同，因此在精细加工或不同应用场景下，我们需要使用不同波长的激光器来适应不同材料的需求。3、根据输出功率的不同，激光器可以分为小功率激光器、中功率激光器、高功率激光器。不同功率的激光器适应的应用场景不同。4、根据运转方式的不同，激光器可以分为连续激光器和脉冲激光器。脉冲激光器可进一步分为毫秒激光器、微秒激光器、纳秒激光器、皮秒激光器、飞秒激光器。激光器能够以连续或脉冲的方式运行，具体取决于它们的功率输出是否在时间上基本连续，或者它们的输出是否以光脉冲形式在某个时间尺度上呈现。5、根据增益介质的不同，激光器可以分为固体激光器、气体激光器、液体激光器、自由电子激光器，固体激光器可进一步分为光纤激光器、半导体激光器、全固态激光器、混合激光器。在本篇中，详细介绍了根据增益介质不同的激光器的几大种类，他们分别是：碟片激光器、光纤激光器、半导体激光器、YAG激光器。一、碟片激光器[1].激光制造网浅谈碟片激光器的原理与优势 (laserfair.com) 碟片激光器是二极管泵浦固体激光器，在20世纪90年代初期由Adolf Giesen在斯图加特大学首次将其证明。薄碟片中的增益介质是晶体，通常是Yb:YAG。Nd:YAG和用于宽波长调谐的掺镱增益介质。目前，碟片激光器以通快公司的产品为代表 碟片激光器（Disk Laser）设计理念的提出，有效地解决了固体激光器的热效应问题，实现了固体激光器高平均功率、高峰值功率、高效率、高光束质量的完美结合。碟片激光器在汽车、船舶、铁路、航空、能源等领域成为不可替代的新型加工用激光光源，目前全球仅有德国Trumpf公司具有生产高功率碟片激光器的技术，最高功率达到16千瓦，光束质量达到8毫米毫弧度，实现了机械手的激光远程焊接和大幅面激光高速切割，为固体激光在高功率激光加工领域开辟了广阔的应用市场。碟片激光器采用模块式结构，各模块均可现场快速更换。冷却系统和导光系统与激光源集成在一起，结构紧凑，占地面积小，安装调试快。通快所有超过2kW的碟片激光器，光束参数积（BPP）均被标准化8mm/mrad。激光器不随运行模式的变化而变化，且与通快所有光学元件兼容。3、由于碟片激光器内的光斑尺寸较大，因此各光学元件上承受的光功率密度较小。光学元件镀层的损坏阈值通常约为500MW/cm2，石英的损坏阈值为2--3GW/cm2.通快碟片激光器谐振腔内的功率密度通常小于0.5MW/cm2，耦合光纤上的功率密度小于30MW/cm2.如此低的功率密度不会造成光学元件的损坏，也不会产生非线性效应，从而确保了运行的可靠性。实时反馈控制系统可使到达加T件上的功率保持稳定，加工结果具有极好的可重复性。碟片激光器预热时间几乎为零，可调功率范围1%--100%。由于碟片激光器彻底解决了热透镜效应的问题因此在整个功率范围内激光功率、光斑大小、光束发散角都是稳定的，光束的波前不发生畸变。在某一光纤出故障的情况下，更换该光纤时，只需关闭该光纤的光路，不必关机，其它光纤可继续输出激光。光纤更换操作简单，即插即用，无需任何工具，也无需对准调校。街口处具有防尘装置，严密防止灰尘光纤连接进入光学元件区域。加工过程中，即使被加工的材料发射率很大，以致有激光回射到激光器内，对于激光器本身以及加工效果均无影响，也对材料加工、光纤长度无任何限制。激光操作安全性获德国安全证书。安装在抽运模块上的二极管阵列也是模块结构。二极管阵列模块具有很长的使用寿命，其保修期为3年或2万小时。无论是有计划的更换，还是因突发故障需要立即更换都无需停机。在某一个模块出故障时，控制系统会报警并自动适当提高其它模块的电流以保持激光输出功率恒定，用户还可以继续工作十几甚至几十个小时。生产现场更换抽运二极管模块非常简单，操作人员无需培训。二、光纤激光器[2].知乎：https://zhuanlan.zhihu.com/p/166096437 光纤激光器以IPG为代表 原理：光纤激光器和其他激光器一样，由能产生光子的增益介质(掺杂光纤)，使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和激励光子跃迁的泵浦源三部分组成。如下图所示。
由泵浦源发出的泵浦光通过一面反射镜耦合进入增益介质中，由于增益介质为掺稀土元素光纤，因此泵浦光被吸收，吸收了光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子数反转，反转后的粒子经过谐振腔，由激发态跃迁回基态，释放能量，并形成稳定的激光输出。特点： 1、光纤具有很高的“表面积/体积”比，散热效果好，能在不加强制冷却的情况下连续工作。2、光纤作为导波介质，纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，因此光纤激光器具有较高的转换效率、较低的阙值、较高的增益、较窄的线宽，与光纤耦合损耗小。3、由于光纤具有很好的柔韧性，因此光纤激光器具有小巧灵活，结构紧凑，性价比较高，且易于系统集成的特点。4、光纤还具有相当多的可调谐参数和选择性，能获得相当宽的调谐范围、好的色散性和稳定性。光纤激光器分类： 2、目前比较成熟的有源光纤中掺杂的稀土元素：铒、钕，镨、铥、镱。总结：光纤激光器本质是波长转换器，可将泵浦波长转换为特定波长的光，并以激光形式输出。从物理学角度看，产生光放大的原则是给工作物质提供其可吸收的波长的光，使工作物质有效的吸收能量而被激活，因此根据掺杂材料不同，对应吸收波长也不同，对泵浦光波长的要求也就不同。例如，掺饵光纤泵浦源波长为800nm,980nm，1480nm，产生波长为1550nm的激光，掺钕光纤泵浦光波长为800nm，980nm，530nm等，产生激光波长为900nm，1060nm，和1350nm等。三、半导体激光器 半导体激光（Semiconductor laser）在1962年被成功激发，在1970年实现室温下连续输出。后来经过改良，开发出双异质接合型激光及条纹型构造的激光二极管（Laser diode）等，广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器（激光笔），是目前生产量最大的激光器。激光二极体的优点有：效率高、体积小、重量轻且价格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%，P-N型也达到数15%~25%，总而言之能量效率高是其最大特色。另外，它的连续输出波长涵盖了红外线到可见光范围，而光脉冲输出达50W（脉宽100ns）等级的产品也已商业化，作为激光雷达或激发光源可说是非常容易使用的激光的例子。根据固体的能带理论，半导体材料中电子的能级形成能带。高能量的为导带，低能量的为价带，两带被禁带分开。引入半导体的非平衡电子-空穴对复合时，把释放的能量以发光形式辐射出去，这就是载流子的复合发光。一般所用的半导体材料有两大类，直接带隙材料和间接带隙材料，其中直接带隙半导体材料如GaAs（砷化镓）比间接带隙半导体材料如Si有高得多的辐射跃迁几率，发光效率也高得多。半导体激光器是依靠注入载流子工作的，发射激光必须具备三个基本条件： （1）要产生足够的 粒子数反转分布，即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数；（2）有一个合适的谐振腔能够起到反馈作用，使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡；（3）要满足一定的阀值条件，以使光子增益等于或大于光子的损耗。半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。半导体激光器优点：体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。发展过程：
用于信息技术领域的小功率LD发展极快。例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈(DFB）和动态单模LD、窄线宽可调谐DFB-LD、用于光盘等信息处理技术领域的可见光波长（如波长为670nm、650nm、630nm的红光到蓝绿光）LD、量子阱面发射激光器以及超短脉冲LD等都得到实质性发展。这些器件的发展特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐以及短波长化和光电单片集成化等。1983年，波长800nm的单个LD输出功率已超过100mW，到了1989年，0.1mm条宽的LD则达到3.7W的连续输出，而1cm线阵LD已达到76W输出，转换效率达39%。1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线阵LD连续波输出功率达121W，转换效率为45%。输出功率为120W、1500W、3kW等诸多高功率LD均已面世。高效率、高功率LD及其列阵的迅速发展也为全固化激光器，即半导体激光泵浦（LDP）的固体激光器的迅猛发展提供了强有力的条件。为适应EDFA和EDFL等需要，波长980nm的大功率LD也有很大发展。配合光纤Bragg光栅作选频滤波，大幅度改善其输出稳定性，泵浦效率也得到有效提高。四、YAG激光器 YAG激光器，激光器的一种。YAG是钇铝石榴石晶体(Y3Al5O12)的缩写，是一种综合性能（光学、力学和热学）优良的激光基质。和其他固体激光器一样，YAG激光器基本组成部分是激光工作物质、泵浦源和谐振腔。不过由于晶体中所掺杂的激活离子种类不同，泵浦源及泵浦方式不同，所采用的谐振腔的结构不同，以及采用的其他功能性结构器件不同，YAG激光器又可分为多种，例如按输出波形可分为连续波YAG激光器、重频YAG激光器和脉冲激光器等；按工作波长分为1.06μmYAG激光器、倍频YAG激光器、拉曼频移YAG激光器和可调谐YAG激光器等；按掺杂不同可分为Nd:YAG激光器、掺Ho、Tm、Er等的YAG激光器；以晶体的形状不同分为棒形和板条形YAG激光器；根据输出功率不同，可分为高功率和中小功率YAG激光器等。固体YAG激光切割机将波长为1064nm的脉冲激光束经过扩束、反射、聚焦后，辐射加热材料表面，表面热量通过热传导向内部扩散，由数字化精确控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，瞬间使材料熔融汽化蒸发，从而通过数控系统实现预定轨迹的切割、焊接、打孔。特点：该机光束质量好、具有高效率、低成本、稳定、安全、更精密、可靠性高,集切割、焊接、打孔等多功能为一体，是理想的精密高效柔性加工设备。加工速度快，效率高，经济效益好，直边割缝小，切割面光滑，可获得大的深径比和深宽比热变形极小，可在硬、脆、软等各种材料上进行加工不存在刀具磨损、替换问题，无机械变容易实现自动化，可在特殊条件下实现加工泵浦效率高，可达20%左右随着效率的提高，激光介质的热负荷下降，因此大大改善光束质量寿命长，可靠性高、体积小，重量轻，适于小型化应用。应用：适用于金属材料的激光切割、焊接、打孔：如碳钢、不锈钢、合金钢、铝及合金、铜及合金、钛及合金、镍钼合金等材料。广泛应用于航空、航天、兵器、舰船、石化、医疗、仪表、微电子、汽车等行业。不仅使加工质量得到提高，而且提高了工作效率；除此之外，YAG激光器还可以为科学研究提供一种精确而快捷的研究手段。相比于其他的激光器： 1、YAG激光器能以脉冲和连续两种方式工作，其脉冲输出可通过调Q和锁模技术获得短脉冲及超短脉冲，从而使其加工范围比CO2激光更大2、它输出的波长为1.06um，恰好比CO2激光波长10.06um小一个数量级，因而使其与金属的偶合效率高、加工性能良好3、YAG激光器结构紧凑、重量轻、使用简便可靠、维修要求较低。4、YAG激光器能与光纤耦合，借助时间分割和功率分割多路系统能方便地将一束激光传输给多个工位或远程距离工位，便于激光加工实现柔性化。所以，在激光器的选择上，要考虑到各种参数，以及自身的实际需要，只有这样，才能让激光器发挥出它的最大效能。新特光电提供的脉冲Nd：YAG激光器适用于工业和科学应用的可靠，稳定的脉冲Nd：YAG激光器在1064nm处提供高达1.5J的脉冲输出，重复频率高达100Hz。创作不易，觉得有帮助请点点赞，点点关注。谢谢您的支持！ 附录： 一、原创置顶好文：
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