激光器工作原理及分类有哪些？

想了解更多相关内容，可以下载报告《锐科激光（300747）研究报告：光纤激光器龙头，行业或见底反转》查看，以下内容都是根据该报告总结的，仅供参考。

激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），意思是“通过受激辐射光扩大”，激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。激光是 20 世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。广泛应用在激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、激光唱片、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器、LIF 无损检测技术等领域。 激光器是发射激光的装置，也是激光设备中最核心的部件。激光器中激光的产生主要由增益介质、泵浦源、谐振腔三个部分协同产生。（1）增益介质是激光器的核心，是用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质，增益介质可以是固体（如 YAG 、半导体、光纤）、气体（如CO2 ）或液体（化学溶液 ）。（2）泵浦源是激光能量的源头，指为实现和维持增益介质产生粒子数反转提供能量的装置。（3）谐振腔是激光光波方向的控制器及激光束能量大小的放大器，通常由两块与增益介质轴线垂直的反射镜构成。

激光器工作时，由泵浦源向增益介质注入能量进行激励，增益介质的原子受到能量激励后发生能级跃迁，由基态（能级 1）跃迁至激发态（能级 2），由于激发态相较于基态是非稳定状态，原子会自发地回归到基态，并放出（能级 2 与能级 1 能量差额的）光子，该光子在空间运动过程中，也会激发其他处于激发态的原子放出相同能量、波长、方向的光子，无数光子在谐振腔中统一运动方向，往复运动，不断叠加，最终输出性质一致、高能量的激光束。

随着激光产品和技术服务应用到各行业，激光产业链已经较为完备。上游主要包括光学材料、光学元器件、机械、数控、电源及辅助材料等，中游主要是各种激光器及其配套装置与设备，下游则以激光应用产品、激光制造装备、消费产品、仪器设备为主。

激光器可以按照增益介质、输出波长、运转方式、输出功率、泵浦方式等进行分类。（1）按增益介质分类：分为固体（含全固态、光纤、混合、半导体）、气体、液体激光器等，狭义的固体激光器一般指全固态激光器。目前发现可做增益介质的物质有近千种，常见的有掺钕钇铝石榴石（又称 YAG）、红宝石、钕玻璃、光纤、二氧化碳等。固体激光器目前应用最广泛、市场占有率最高，通俗被分为以晶体为工作物质的固体激光器和以玻璃光纤为工作物质的光纤激光器（近20 年来由于兼顾电光转换效率和光束质量取得大力发展）；目前大部分利用半导体激光器作为泵浦源。光纤激光器由于其平均功率高、热效应强的特点，被广泛地应用于宏观加工领域的金属材料切割、焊接、钻孔、烧结等；而固体激光器则具有峰值功率高、热效应小、加工精度高的特点，一般主要用于薄性、脆性材料和非金属材料的精细微加工领域。

（2）按输出波长分类：分为红外光激光器、可见光激光器、紫外激光器、深紫外激光器等。不同结构的物质可吸收的光波长范围不同，因此需要各波长的激光器应用于不同材料的精细加工。红外激光器与紫外激光器是运用最广泛的两种激光器：红外激光器主要应用于“热加工”，将材料表面的物质加热并使其汽化(蒸发)，以除去材料；紫外激光器主要应用于“冷加工”，在薄膜非金属材料加工，半导体晶圆切割，有机玻璃切割、钻孔、打标等领域，高能量的紫外光子直接破坏非金属材料表面的分子键，使分子脱离物体，这种方式不会产生高热量反应，紫外激光器在微加工领域具有不可替代的优势。

（3）按运转方式分类：分为连续激光器和脉冲激光器。连续激光器可以在较长一段时间内连续输出激光，但热效应较明显。脉冲激光器以不连续方式输出激光，主要特点是热效应小，可控性好。脉冲激光器的脉冲宽度指激光功率维持在一定值时所持续的时间。脉冲宽度越窄，对激光调制技术的应用要求就越高。目前常用的工业微加工激光器可分为纳秒（10 -9s）激光器、皮秒（10 -12s）激光器和飞秒（10-15s）激光器等，其中，皮秒和飞秒被称为超快激光器，超快脉冲激光技术是全球前沿技术之一。

（4）按输出功率分类：据德龙激光招股书，光纤激光器分为低功率(1000W以下)、中功率(1000-3000W)、高功率(3000W-6000W 以上)；微加工领域的固体激光器，一般将10W以下的归类为低功率，10W 以上为中高功率。

（5）按泵浦方式分类：分为光泵浦激光器、电泵浦激光器、化学泵浦激光器、热泵浦激光器、核泵浦激光器，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。电泵浦激光器指以电流方式激励的激光器，气体激光器多以气体放电方式进行激励，而半导体激光器多采用电流注入方式进行激励。光泵浦激光器指以光泵方式激励的激光器，几乎所有固体激光器、液体激光器均属于光泵浦激光器，而半导体激光器被作为光泵浦激光器的核心泵浦光源。化学泵浦激光器指利用化学反应释放的能量对工作物质进行激励的激光器。