激光器常見的有哪類型？都有何特點(diǎn)？

激光技術(shù)已從方方面面走進(jìn)了人們的生活，但激光器種類繁多，其各自波長不同，特性不同，因此所應(yīng)用的領(lǐng)域也不同。按工作介質(zhì)不同，激光器分為固體激光器、氣體激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器、光纖激光器和自由電子激光器6種。其中固體激光器和氣體激光器還有很多細(xì)分種類。除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同，包括泵浦源、光學(xué)諧振腔和增益介質(zhì)三部分。

固體激光器，這類激光器所采用的固體工作物質(zhì)，是把具有能產(chǎn)生受激發(fā)射作用的金屬離子摻入晶體而制成的。在固體中能產(chǎn)生受激發(fā)射作用的金屬離子主要有三類：⑴過渡金屬離子(如Cr3+);⑵大多數(shù)鑭系金屬離子(如Nd3+、Sm2+、Dy2+等);⑶錒系金屬離子(如U3+)。這些摻雜到固體基質(zhì)中的金屬離子的主要特點(diǎn)是：具有比較寬的有效吸收光譜帶，比較高的熒光效率，比較長的熒光壽命和比較窄的熒光譜線，因而易于產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和受激發(fā)射。用作晶體類基質(zhì)的人工晶體主要有：剛玉(NaAlSi2O6)、釔鋁石榴石(Y3Al5，O12)、鎢酸鈣(CaWO4)、氟化鈣(CaF2)等，以及鋁酸釔(YAlO3)、鈹酸鑭(La2Be2O5)等。用作玻璃類基質(zhì)的主要是優(yōu)質(zhì)硅酸鹽光學(xué)玻璃，例如常用的鋇冕玻璃和鈣冕玻璃。與晶體基質(zhì)相比，玻璃基質(zhì)的主要特點(diǎn)是制備方便和易于獲得大尺寸優(yōu)質(zhì)材料。對于晶體和玻璃基質(zhì)的主要要求是：易于摻入起激活作用的發(fā)光金屬離子;具有良好的光譜特性、光學(xué)透射率特性和高度的光學(xué)(折射率)均勻性;具有適于長期激光運(yùn)轉(zhuǎn)的物理和化學(xué)特性(如熱學(xué)特性、抗劣化特性、化學(xué)穩(wěn)定性等)。晶體激光器以紅寶石(Al2O3：Cr3+)和摻釹釔鋁石榴石(簡寫為YAG：Nd3+)為典型代表。玻璃激光器則是以釹玻璃激光器為典型代表。

氣體激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、操作方便;工作介質(zhì)均勻、光束質(zhì)量好，能長時間穩(wěn)定連續(xù)工作等特點(diǎn)也是目前品種最多、應(yīng)用廣泛的一類激光器，占有市場的60%左右。氦氖激光器輸出波長632.8納米，功率約幾個毫瓦，采用幾千伏高壓的電激勵，工作電流10-20毫安，可以采用內(nèi)腔式、外腔式、半外腔式結(jié)構(gòu)的光學(xué)諧振腔;CO2激光器輸出波長1064納米，功率一般約10瓦左右。

染料激光器(Dye laser)，是使用有機(jī)染料作為激光介質(zhì)的激光，通常是一種液體溶液。相比氣體的和固態(tài)的激光介質(zhì)，染料激光器通?？梢杂糜诟鼜V泛的波長范圍內(nèi)。由于有寬闊的帶寬，使得它們特別適合于可調(diào)諧激光器和脈沖激光器。染料激光器是由彼得·索羅金(Peter P. Sorokin)和弗里茲·彼得·薛弗(Fritz Peter Sch?fer)(及其同事)在1966年分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的。除了通常的液體狀態(tài)，染料激光器也可以作為固態(tài)染料激光器(SSDL)。SSDL使用染料摻雜有機(jī)介質(zhì)的作為增益介質(zhì)。

液體激光器(燃料激光器等)，特點(diǎn)：輸出波長連續(xù)可調(diào)，覆蓋面寬，但工作原理比較復(fù)雜。一般激光泵浦液體激光器輸出波長連續(xù)可調(diào)，覆蓋面寬，但工作原理比較復(fù)雜。常用的是染料激光器，采用有機(jī)染料為工作物質(zhì)，利用不同的染料可以獲得不同波長的激光(在可見光范圍內(nèi))，一般用激光作泵浦源，如氬離子激光器等

半導(dǎo)體激光器( GaAlAs、InGaAs等)，半導(dǎo)體激光器是以一定的半導(dǎo)體材料做工作物質(zhì)而產(chǎn)生激光的器件。.其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶(導(dǎo)帶與價帶)之間，或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)(受主或施主)能級之間，實(shí)現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導(dǎo)體激光器的激勵方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導(dǎo)體激光器，一般是由砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等材料制成的半導(dǎo)體面結(jié)型二極管，沿正向偏壓注入電流進(jìn)行激勵，在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。光泵式半導(dǎo)體激光器，一般用N型或P型半導(dǎo)體單晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物質(zhì)，以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵。高能電子束激勵式半導(dǎo)體激光器，一般也是用N型或者P型半導(dǎo)體單晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質(zhì)，通過由外部注入高能電子束進(jìn)行激勵。在半導(dǎo)體激光器件中，性能較好，應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極管激光器。

自由電子激光器，是一種新型的強(qiáng)相干輻射源。由于它可能具有高功率、高效率、波長的大范圍調(diào)諧和超短脈沖的時間結(jié)構(gòu)等一系列優(yōu)良特性而受到人們的格外重視。目前, 除自由電子激光器之外, 還沒有一種激光器能同時具備這些特點(diǎn)。這是因?yàn)樗a(chǎn)生激光的原理與以往的激光器有本質(zhì)上的不同。自由電子激光器是利用相對論電子束通過周期磁場將電子束的動能轉(zhuǎn)換為輻射能。

自由電子激光器是七十年代中期以來發(fā)展起來的一類新型激光器。它將電子束動能轉(zhuǎn)變成激光輻射, 代表了一種全新的產(chǎn)生相干輻射的概念。自由電子激光器一般由電子加速器、擺動器和光學(xué)系統(tǒng)幾個部分構(gòu)成。加速器產(chǎn)生的高能電子束, 通過擺動器內(nèi)沿長度方向交替變化的磁場時, 產(chǎn)生橫向擺動, 并以光子的形式損失一部分能量。這部分能量轉(zhuǎn)變成激光輻射, 通過光學(xué)系統(tǒng)輸出。