常见激光器类型

图1：具有典型工作模式和增益介质的普通商用激光器，其中CW代表连续波

激光器通常根据用于光放大的增益介质进行分类。常见的增益介质类型有气体、半导体(二极管)和固态。

常见工业激光器概述

图1显示了23种最常见的激光器及其波长、工作模式和典型的增益介质。

气体激光器，如氦氖(HeNe)，由于其高光束质量和长相干长度，经常用于计量应用。其他类型的气体激光器，如二氧化碳(CO2)激光器，经常用于材料加工，因为它们可以达到异常高的平均功率。

二极管激光器包含半导体p-n结作为增益介质。它们往往具有最高的功率成本比，并受益于高功率转换效率、高量子效率和广泛的可用波长。二极管激光器用于许多应用，包括电信、材料处理、条形码扫描、医用激光器和激光雷达系统。

固态激光器利用掺杂有过渡金属或稀土离子的晶体或玻璃材料。它们通常用于高功率应用，如材料加工和医用激光器，因为它们可以达到所有商用激光器中的一些最高峰值功率。然而，更难冷却固态增益介质，这限制了重复率和平均功率。

固态激光器的两种特殊情况是量子级联激光器(QCL)和带间级联激光器(ICL)。QCL是一种可调谐的半导体中红外激光器，通过薄半导体层或“阱”的交替层中的子带间跃迁工作。子带间跃迁是导带内量子化能态之间的激发(图2)。由于阱的尺寸极小，量子效应占主导地位，发射波长作为阱厚度的函数而偏移。QCL可以通过量子和级联效应的结合在长波长下产生高功率。大多数市售的QCL的波长往往在4-11μm左右，但市售QCL的极端波长范围在2.63-150μm之间。

ICL与QCL相似之处在于，它们使用分层半导体结构和量子阱进行中红外激光发射，但光子是通过带间跃迁而非子带内跃迁产生的(图2)。它们能够以比QCL更低的输入功率进行操作。

图2：级联激光器中(a)带间跃迁和(b)子带间跃迁的比较

光纤激光器是一种特殊类型的固态激光器，它使用掺有稀土离子的光纤作为增益介质。它们最适合在高精度加工和医疗应用中创建非常精细的特征，因为它们在具有高光束质量的单个光学模式中包含高平均功率。

薄盘激光器是另一种特殊类型的固态激光器，其中增益介质是固体材料的非常薄的盘。它们是光纤激光器和其他固态激光器之间的平衡，因为它们实现了高峰值功率和增益，同时利用了更容易冷却的几何形状，提高了重复率和平均功率。然而，它们需要复杂的系统设计，因此比其他类型的激光器成本更高。

审核编辑 黄宇