激光器的种类与工作原理

激光器作为一种重要的光学器件，在现代科学技术和工业生产中有着广泛的应用。它通过受激辐射原理，将光能集中在特定的波长和方向上，产生高亮度、高单色性和高相干性的激光束。根据不同的工作物质、激励方式和输出特性，激光器可以分为多种种类。

一、气体激光器

气体激光器是以气体为工作物质的激光器。常见的气体激光器有氦氖激光器、二氧化碳激光器等。

氦氖激光器：工作物质是氦气和氖气的混合气体。在电场的激励下，氖原子从基态跃迁到激发态，然后通过与氦原子的能量转移，实现粒子数反转，进而产生激光。氦氖激光器输出的激光波长为 632.8nm 的红光，单色性好、方向性强，广泛应用于激光测量、激光打印等领域。

二氧化碳激光器：以二氧化碳气体为工作物质。在电场或其他激励方式下，二氧化碳分子的能级发生跃迁，形成粒子数反转，从而产生激光。二氧化碳激光器输出的激光波长为 10.6μm 的红外光，具有高功率、高效率的特点，常用于材料加工、激光医疗等领域。

二、固体激光器

固体激光器是以固体材料为工作物质的激光器。常见的固体激光器有红宝石激光器、Nd:YAG 激光器等。

红宝石激光器：以红宝石晶体为工作物质，掺有少量的铬离子。通过闪光灯或其他激励方式，将铬离子激发到高能级，实现粒子数反转，产生激光。红宝石激光器输出的激光波长为 694.3nm 的红光，脉冲能量高，在激光打标、激光测距等领域有广泛应用。

Nd:YAG 激光器：以掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）晶体为工作物质。在激光泵浦下，Nd³⁺离子从基态跃迁到激发态，然后通过能级跃迁产生激光。Nd:YAG 激光器可以输出多种波长的激光，如 1064nm、532nm、355nm 等，具有输出功率高、稳定性好等优点，在激光加工、激光医疗、激光通信等领域都有重要应用。

三、半导体激光器

半导体激光器是利用半导体材料的能带结构和光学特性来产生激光的器件。它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，广泛应用于光纤通信、激光打印、激光指示等领域。

半导体激光器的工作原理基于半导体的受激辐射。当半导体材料中的电子和空穴复合时，会释放出能量，产生光子。如果在半导体结构中形成了粒子数反转，即高能态的粒子数多于低能态的粒子数，就会发生受激辐射，产生激光。

四、液体激光器

液体激光器是以液体为工作物质的激光器。常见的液体激光器有染料激光器等。

染料激光器：以有机染料溶液为工作物质。通过泵浦光源将染料分子激发到高能态，然后在染料分子的能级跃迁过程中产生激光。染料激光器可以输出波长连续可调的激光，在光谱学、激光医学等领域有重要应用。

不同种类的激光器具有不同的工作原理和特点，它们在各自的领域中发挥着重要的作用。随着科技的不断进步，激光器的种类和性能也在不断发展和完善，为人类的生产和生活带来了更多的便利和创新。