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激光器工作原理 1、光的受激辐射：原子、分子或者离子辐射光和吸收光的过程是与原子的能级之间的跃迁联系在一起的。光与物质的相互作用有3种不同的过程：自发辐射、受激辐射和受激吸收。对于一个包含大量原子的系统，这3种过程总是同时存在并紧密联系。在不同情况下，各个过程所占比例不同，普通光源中自发辐射起主要作用，激光器工作过程中受激辐射起主要作用。 2、激光器的全称叫受激辐射的光放大器。激光是靠介质内的受激辐射向外发出大量的光子而形成的，受激辐射产生的光子与外来光子性质完全相同，使入射光得到放大。用这种原理制成的光源就叫激光器。 3、增益介质：一般情况下，介质处于热平衡状态，大多数粒子都处于能量较低的能级上。欲使介质中的受激辐射过程大于吸收过程，必须采取某种措施，把处于低能级上的粒子大量地抽运到高能级上去，造成粒子数密度反转状态。处于这种状态的介质叫做增益介质。当光波经过增益介质时，引起的受激辐射就会大于吸收，且粒子数密度的差值愈大，相对于吸收来说，受激辐射就愈强，光经过增益介质时增长得也愈快，这就形成了受激辐射在介质中占主导地位的状态。 4、泵浦源：简单来说，泵浦源就是提供能量以激发增益介质，使其达到激发态。泵浦源可以是光学或电学的，如激光二极管、光纤耦合的二极管、弧光灯等。 5、光学谐振腔：由上分析得知，要实现光的放大，一是需要激励源，把介质中的粒子由低能级抽运到高能级，二是需要有合适的发光介质，它能在外界激励源的作用下形成粒子数密度反转分布状态。但是就算满足了这2个条件，还不一定能形成激光。因为处在高能级上的粒子可以通过受激辐射而发出光子，也可以通过自发辐射发出光子。如果自发辐射占主导地位，那么高能级上的粒子必然主要用于自发辐射，这就形成了一个普通光源。要形成激光，必须使受激辐射成为增益介质中的主要发光过程。这就需要一个光学谐振腔。一种最简单的光学谐振腔就是在增益介质的两端各加一块平面反射镜。其中一块的反射率约为1，称为全反射镜。光射到它上面时，它将把光全部反射回介质中继续放大。另一块反射镜的反射率<1，称为部分反射镜。光射到部分反射镜上时，一部分反射回介质继续放大，另一部分透射出去作为输出激光。把这两块反射镜调整到互相严格平行，并且垂直于增益介质的轴线，就组成了一个最简单的光学谐振腔。放置在两块反射镜之间的增益介质对沿腔轴方向传播的光波进行放大。由于两个镜面的多次反射，沿腔轴方向传播的光会不间断地往返于两镜面之间，使增益介质中的光密度不断地得到加强，从而使增益介质的受激辐射几率远大于自发辐射几率。可以看出，光学谐振腔能起延长增益介质的作用，还能控制光束的传播方向。只有那些沿轴方向往返传播的光才能获得多次放大。因此光学谐振腔的存在保证了输出光的方向性。
6、激光器的阈值：激光器产生激光的前提条件是介质必须能实现能级间的粒子数密度反转分布。但是由于光波在实现了粒子数密度反转分布的介质中传播时还有各种损耗，只有当因增益放大而增加的光能量除了能够补偿损耗而失去的部分外，还有剩余时，光波才能被放大。所以就要求增益系数要大于一个下限值，这个下限值就是激光器的阈值，它的数值由各种损耗的大小所决定。（这里说的增益系数是指工作介质的增益系数，不同的介质的增益系数不一样） 如上分析，一台最简单的激光器的结构如下图所示：
激光器分类： 一般情况下激光器可以从4个不同的维度来分类：增益介质、输出波长、脉冲宽度和工作模式。 增益介质：固体、气体、液体、半导体、光纤、染料等 输出波长：
脉冲宽度：毫秒、微秒、纳秒、皮秒、飞秒、阿秒 工作模式：连续、准连续、脉冲、超短脉冲 本文从增益介质角度出发，简单介绍一下目前比较热门的固体激光器。 固体激光器通常由工作物质（增益介质）、泵浦系统、谐振腔、冷却系统、滤光系统构成。其中工作物质是固体激光器的核心。影响固体激光器工作特性的关键是固体激光工作物质的物理和光谱特性，这里主要指吸收带、荧光谱线、热导率等。目前使用最广泛的是红宝石激光器、掺钕钇铝石榴石激光器（YAG）和钕玻璃激光器。 泵浦系统：由于固体激光器的工作物质是绝缘晶体，所以一般都采用光泵浦激励。目前的泵浦光源多为工作于弧光放电状态的惰性气体放电灯。
固体激光器的特点：输出能量大，峰值功率高、结构紧凑牢固耐用。 固体激光器的缺点： 1、转换效率低：一般情况下，红宝石的效率在0.5%-1%；YAG的效率在1%-2%，好的情况下，可接近3%。 2、热效应高：由于固体激光器输出能量大，峰值功率高，导致热效应非常明显，为了解决这个问题，德国通快设计出了碟片激光器，碟片激光器结构非常复杂且成本较高。 另外几种固体激光器： 1、泵浦源为半导体激光器的固体激光器：相比传统的光泵浦固体激光器，其优点如下：1）、能量转换效率高，半导体激光器的电光转换效率高达50%；2）、半导体激光器的光谱线窄，且可以通过改变其激活区成分和结构，或改变其工作温度使中心波长和固体物质吸收峰准确地重合；3）、工作时产生的无功热量小，介质温度稳定。 2、可调谐固体激光器：主要分为2类：1）、色心激光器：阈值低，即可连续工作又可脉冲工作，很容易实现单模运转，且光束质量好。2）、用掺过渡族金属离子的激光晶体制作的可调谐激光器：比色心激光器性能更加优越。激光晶体主要有：金绿宝石、掺钛蓝宝石。 本人是一位光学和半导体领域的猎头
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