形形色色的激光器

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能产生激光的系统，我们称之为激光器。由于科学技术的发展，激光器的设计和制造也日趋完善，名目繁多的各种型号的激光器，像雨后春笋般地不断涌现。

坚固耐用的固体激光器

固体激光器的工作物质是在基质材料的晶体或玻璃中均匀地掺入少量的激活离子（指能级结构具备光放大条件的离子）。真正发光的是激活离子，如红宝石三能级系统中的铬离子、钕玻璃四能级系统中的钕离子等，因此，又称为固体离子激光器。激活离子按元素周期表中所分有三类：过渡性金属元素——铬、锰、钴、镍、钒等；大多数稀土元素——钕、镝、钬、镨等;个别放射性元素如铀等。每种激活离子都具有与之相适应的一种或几种基质材料。晶体已有上百种，玻璃几十种，但真正实用的基质材料不过是红宝石和钇铝石榴晶体以及硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、硼硅和氟化物玻璃等几种。

固体材料的活性离子密度介于气体和半导体之间。固体材料的亚稳态寿命比较长，自发辐射的光能损失小，贮能能力强，故适于采用所谓的调Q技术产生高功率脉冲激光。另外，固体材料的荧光线较宽，经“锁模”后可以获得超短脉冲的超强激光辐射。固体激光器中，红宝石是三能级系统，其余大都是四能级系统。

固体激光器通常用泵灯进行光激励，所以寿命和效率受到泵灯的限制。尽管如此，固体器件小而坚固，脉冲辐射功率很高，所以应用范围较广泛。

小巧玲珑的半导体激光器

固态物质中，允许大量电子自由自在地在它里面流动的叫导体；只允许极少数电子通过的叫绝缘体;导电性低于导体又高于绝缘体的叫半导体。激光工作物质采用半导体的激光器叫半导体激光器。尽管半导体本身也是一种固体，而且发光机理就本质上讲与固体激光器没有多大差别。但由于半导体物质结构不同，产生激光的受激辐射跃迁的高能级和低能级分别是“导带”和“价带”，辐射是电子与“空穴”复合的结果，具有其特殊性，所以没有将它列入固体激光器。

半导体激光工作物质有几十种，较为成熟的是砷化镓（GaAs）、掺铝砷化镓等。激励方式有光泵浦、电子轰击、电注入式等。

半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单，因此，特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。有些半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，即所谓的调谐，可以很方便地对输出光束进行调制；半导体激光器的波长范围为0.32~34微米，较宽广。它能将电能直接转换为激光能，效率已达10%以上。所有这些都使它受到重视，所以发展迅速，目前已广泛应用于激光通信、测距、雷达、模拟、警戒、引燃引爆和自动控制等方面。

半导体激光器最大的缺点是：激光性能受温度影响大，比如砷化镓激光，当温度从绝对温度77°K变到室温时，激光波长从0.84变到0.91微米。另外，效率虽高，但因体积小，总功率并不高，室温下连续输出不过几十毫瓦，脉冲输出只有几瓦到几十瓦。光束的发散角，一般在几度到20度之间，所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。

结构简单的气体激光器

以气体为工作物质的激光器称为气体激光器。它是目前品种最多、应用很广泛的一类激光器。单色性和相干性都比较好，能长时间较稳定地工作，大都能连续工作。激光波长已达数千种，广泛地分布在紫外到远红外波段范围内。一般说来，气体激光器结构简单、造价低廉、操作方便。由于上述优点，在民用和科学研究中，比如工农业、医学、精密测量、全息技术等方面应用很广。但多数工作气体的气压较低，单位体积中的粒子数大约只有固体中激活离子数的千分之几，所以瞬时功率不高。不过少数象二氧化碳（C02）气体激光器：不论脉冲辐射功率还是连续辐射功率都达到了相当高的水平。

气体激光工作物质有原子、离子和分子气体三大类。原子气体都是中性的，激活成分分惰性气体（氦、氖、氩、氪、氙）和金属蒸气（铯、铅、锌、锰、铜）等。惰性气体原子的激光波长大都分布在红外、远红外区，少数在可见光范围。氦氖气体是其典型代表。

原子丢掉最外层的电子后就成了离子，丢掉几个电子就叫几价离子。气态离子的激光工作物质大致也分两类：氩、氪、氙等惰性气体离子激光器；镉、硒、锌、铜等金属蒸气离子激光器。离子气体激光功率虽比原子气体高一些，但激光波长大多数在紫外和可见光部分，所以使用有一定的范围。

中性气体的激活成分有三类：一氧化碳、氮气、氢气、氧气等双原子分子；二氧化碳、氧化二氮、水蒸气等三原子分子以及少数多原子分子。分子气体激光器的特点是：波长范围最广，从紫外到远红外都有激光产生，输出功率大，转换效率高。其中二氧化碳（CO2）激光波长为10.6微米，正好落在大气窗口，能在大气中传得很远，又处于不可见的中红外区，功率大、效率高，所以，在军事上应用很广。

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