圖1：具有典型工作模式和增益介質的普通商用激光器，其中CW代表連續波

激光器通常根據用于光放大的增益介質進行分類。常見的增益介質類型有氣體、半導體(二極管)和固態。

常見工業激光器概述

圖1顯示了23種最常見的激光器及其波長、工作模式和典型的增益介質。

氣體激光器，如氦氖(HeNe)，由于其高光束質量和長相干長度，經常用于計量應用。其他類型的氣體激光器，如二氧化碳(CO2)激光器，經常用于材料加工，因為它們可以達到異常高的平均功率。

二極管激光器包含半導體p-n結作為增益介質。它們往往具有最高的功率成本比，并受益于高功率轉換效率、高量子效率和廣泛的可用波長。二極管激光器用于許多應用，包括電信、材料處理、條形碼掃描、醫用激光器和激光雷達系統。

固態激光器利用摻雜有過渡金屬或稀土離子的晶體或玻璃材料。它們通常用于高功率應用，如材料加工和醫用激光器，因為它們可以達到所有商用激光器中的一些最高峰值功率。然而，更難冷卻固態增益介質，這限制了重復率和平均功率。

固態激光器的兩種特殊情況是量子級聯激光器(QCL)和帶間級聯激光器(ICL)。QCL是一種可調諧的半導體中紅外激光器，通過薄半導體層或“阱”的交替層中的子帶間躍遷工作。子帶間躍遷是導帶內量子化能態之間的激發(圖2)。由于阱的尺寸極小，量子效應占主導地位，發射波長作為阱厚度的函數而偏移。QCL可以通過量子和級聯效應的結合在長波長下產生高功率。大多數市售的QCL的波長往往在4-11μm左右，但市售QCL的極端波長范圍在2.63-150μm之間。

ICL與QCL相似之處在于，它們使用分層半導體結構和量子阱進行中紅外激光發射，但光子是通過帶間躍遷而非子帶內躍遷產生的(圖2)。它們能夠以比QCL更低的輸入功率進行操作。

圖2：級聯激光器中(a)帶間躍遷和(b)子帶間躍遷的比較

光纖激光器是一種特殊類型的固態激光器，它使用摻有稀土離子的光纖作為增益介質。它們最適合在高精度加工和醫療應用中創建非常精細的特征，因為它們在具有高光束質量的單個光學模式中包含高平均功率。

薄盤激光器是另一種特殊類型的固態激光器，其中增益介質是固體材料的非常薄的盤。它們是光纖激光器和其他固態激光器之間的平衡，因為它們實現了高峰值功率和增益，同時利用了更容易冷卻的幾何形狀，提高了重復率和平均功率。然而，它們需要復雜的系統設計，因此比其他類型的激光器成本更高。

審核編輯 黃宇