激光器分为哪些类型？
常见问题 | 2019-07-01 14:40 | 点击：897
激光器分类可以有两种方法对激光器进行分类：
按激活工作介质的粒子结构来分类，可以分为原子、离子、分子和自由电子激光器。氦氖激光器产生的激光是由氖原子发射的，红宝石激光器产生的激光则是由铬离子发射的。另外还有二氧化碳分子激光器，它的频率可以连续变化。而且可以覆盖很宽的频率范围。
按从激活作介质的物质状态面分类。这样可分为气体、液体、固体和半导体激光器。各类激光器各有特色。
气体激光器（gas laser）
气体激光器利用气体或蒸气作为工作物质产生激光的器件。它由放电管内的激活气体、一对反射镜构成的谐振腔和激励源等三个主要部分组成。主要激励方式有电激励、气动激励、光激励和化学激励等。其中电激励方式最常用。在适当放电条件下，利用电子碰撞激发和能量转移激发等，气体粒子有选择性地被激发到某高能级上，从而形成与某低能级间的粒子数反转，产生受激发射跃迁。最常见的有氦-氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、氦-镉激光器和铜蒸气激光器等。
液体激光器（liquid laser）
液体激光器也称染料激光器，因为这类激光器的激活物质是某些有机染料溶解在乙醇、甲醇或水等液体中形成的溶液。利用不同染料可获得不同波长激光（在可见光范围）。染料激光器一般使用激光作泵浦源，例如常用的有氩离子激光器等。液体激光器工作原理比较复杂。为了激发它们发射出激光，一般采用高速闪光灯作激光源，或者由其他激光器发出很短的光脉冲。液体激光器发出的激光对于光谱分析、激光化学和其他科学研究，具有重要的意义。
固体激光器（solid-state laser）
1960年，T.H.梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器，也是世界上第一台激光器。固体激光器一般由激光工作物质、泵浦系统、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成。
在固体激光器中，由泵浦系统辐射的光能，经过聚焦腔，使在固体工作物质中的激活粒子能够有效的吸收光能，让工作物质中形成粒子数反转，通过谐振腔，从而输出激光。
如图所示,固体激光器的基本结构（有部分结构没有画出）。固体激光器主要由工作物质、泵浦系统、聚光系统、光学谐振腔及冷却与滤光系统等五个部分组成。
这类激光器所采用的固体工作物质，是把具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体而制成的。在固体中能产生受激发射作用的金属离子主要有三类：⑴金属离子（如Cr3+）；⑵大多数镧系金属离子（如Nd3+、Sm2+、Dy2+等）；⑶锕系金属离子（如U3+）。这些掺杂到固体基质中的金属离子的主要特点是：具有比较宽的有效吸收光谱带，比较高的荧光效率，比较长的荧光寿命和比较窄的荧光谱线，因而易于产生粒子数反转和受激发射。用作晶体类基质的人工晶体主要有：刚玉（NaAlSi2O6）、钇铝石榴石（Y3Al5，O12）、钨酸钙（CaWO4）、氟化钙（CaF2）等，以及铝酸钇（YA lO3）、铍酸镧（La2Be2O5）等。
用作玻璃类基质的主要是优质硅酸盐光学玻璃，例如常用的钡冕玻璃和钙冕玻璃。与晶体基质相比，玻璃基质的主要特点是制备方便和易于获得大尺寸优质材料。对于晶体和玻璃基质的主要要求是：易于掺入起激活作用的发光金属离子；具有良好的光谱特性、光学透射率特性和高度的光学（折射率）均匀性；具有适于长期激光运转的物理和化学特性（如热学特性、抗劣化特性、化学稳定性等）。晶体激光器以红宝石（Al2O3：Cr3+）和掺钕钇铝石榴石（简写为YAG：Nd3+）为典型代表。玻璃激光器则是以钕玻璃激光器为典型代表。
DPSS激光器即二极管泵浦固体激光器，是近年来国际上发展最快，应用较广的新型激光器。该类型的激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，从而取得了崭新的发展，被称为第二代的激光器。内部的主要部件有半导体激光管LD，激光振荡晶体，波长转换晶体和半导体制冷器。其中的半导体激光器LD（Laser Diode）为激光振荡晶体提供能量激励，激光振荡和波长转换晶体是将红外不可见激光转换成可见激光如，波长为532nm的绿色激光。
半导体激光器（Semiconductor laser）
半导体激光器即为激光二极管，记作LD。它是前苏联科学家H.Γ.巴索夫于1960年发明的。半导体激光器的结构通常由P层、N层和形成双异质结的有源层构成。半导体激光器的发光是利用光的受激辐射原理。处于粒子数反转分布状态的大多数电子在受到外来入射光子激励时，会同步发射光子，受激辐射的光子和入射光子不仅波长相同，而且相位、方向也相同。这样由弱的入射光激励而得到了强的发射光，起到了光放大作用。但是仅仅有光放大功能还不能形成光振荡。正如电子电路中的振荡器那样，只有放大功能不能产生电振荡，还必须设计正反馈电路，使电路中所损失的功率由放大的功率得以补偿。同样，在激光器中也是借用电子电路的反馈概念，把放大了的光反馈一部分回来进一步放大，产生振荡，发出激光。这种用于实现光的放大反馈的仪器称为光学谐振腔。
常用工作物质有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体激光器的优点：尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好。
半导体激光器现今大量用于的激光表演用红激光器和蓝激光器
半导体发光二极管
半导体发光二极管和半导体激光器类似，也是一个PN结，也是利用外电源向PN结注入电子来发光的。半导体发光二极管记作LED，是由P型半导体形成的P层和N型半导体形成的N层，以及中间的由双异质结构成的有源层组成。有源层是发光区，其厚度为0.1～0.2μm左右。
半导体发光二极管的结构公差没有激光器那么严格，而且无谐振腔。所以，所发出的光不是激光，而是荧光。LED是外加正向电压工作的器件。在正向偏压作用下，N区的电子将向正方向扩散，进入有源层，P区的空穴也将向负方向扩散，进入有源层。进入有源层的电子和空穴由于异质结势垒的作用，而被封闭在有源层内，就形成了粒子数反转分布。这些在有源层内粒子数反转分布的电子，经跃迁与空穴复合时，将产生自发辐射光。半导体发光二极管的结构简单，体积小，工作电流小，使用方便，成本低，所以在光电系统中的应用极为普遍。
