激光器原理

激光器除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同。产生激光的***的条件是粒子数反转和增益大于损耗，所以装置中***的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。泵浦源为激光器的光源，谐振腔为泵浦光源与增益介质之间的回路，增益介质指可将光放大的工作物质。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（ 见光学谐振腔）并非***的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔。

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激光器工作物质

根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：①固体激光器（晶体和玻璃），这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的；②气体激光器，它们所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等；2）中游为激光器，包括光纤激光器、半导体激光器和其他固体激光器等。③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子（如Nd）起工作粒子作用，而无机化合物液体（如SeOCl2）则起基质的作用；④半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入)，在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用；⑤自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。

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激光器的三大环节

激光产业链从上游材料、器件——中游激光器——下游激光设备可分为三大环节：

1）上游为***材料和器件，包括激光芯片、泵浦源、谐振腔、特种光纤等有源器件，合束器、隔离器等无源器件，晶体材料、半导体复合材料等介质材料等，除此之外还包括其他光学器件、电子元器件、机械元器件和激光控制系统；

2）中游为激光器，包括光纤激光器、半导体激光器和其他固体激光器等。国内激光器***公司包括锐科激光（光纤激光器）、创鑫激光（光纤激光器）、杰普特（光纤激光器）、华日激光（超快激光器）；2018年光纤激光器***占有率：美国IPG占比前一，为50。海外激光器***包括IPG（光纤激光器）、nlight（光纤激光器）等；

3）下游为提供不同工艺的激光设备，主要应用于激光切割、激光焊接、激光测量、激光显示、激光美容***等领域。典型的激光器，由激光工作物质（发出能量）、泵浦源（提升能量）、光学谐振腔（传播能量）等部分组成。国内激光设备***公司包括大族激光（3C电子为主）、华工科技（切割焊接）、亚威股份（切割焊接）、帝尔激光（光伏激光开槽）、激光雷达、铂力特（激光3D打印）、光峰科技（激光显示）等；海外激光装备***包括德国通快（激光装备）、Amada（激光装备）、瑞士百超（激光装备）、Velodyne（激光雷达）、ASML（激光装备）等。

纳秒脉冲光纤激光器的国内外研究现状

光纤激光器按激光输出特性可分为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器两种。Nd:YAG（掺钕钇铝石榴石）：较常用的固体激光器，工作波长一般为1064nm，这一波长为四能级系统，还有其他能级可以输出其他波长的激光。其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调 Q 光纤激光器(脉冲宽度为 ns 量级)和锁模光纤激光器(脉冲宽度为 ps 或 fs 量级)。国外开展调 Q 光纤激光器研究的单位主要有英国 Southampton 大学、美国 Illinois 大学、台湾国立大学、美国 IPG 公司、德国 JENOPTIK 公司等。国内开展调 Q 光纤激光器研究的单位主要有南开大学、天津大学、电子科技大学、上海光机所、西安光机所、北京工业大学等。