雷射器

雷射器——能發射雷射的裝置。1954年製成了第一台微波量子放大器，獲得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣套用到光頻範圍，1960年T.H.梅曼等人製成了第一台紅寶石雷射器。1961年A.賈文等人製成了氦氖雷射器。1962年R.N.霍耳等人創製了砷化鎵半導體雷射器。以後，雷射器的種類就越來越多。按工作介質分，雷射器可分為氣體雷射器、固體雷射器、半導體雷射器和染料雷射器4大類。近來還發展了自由電子雷射器，大功率雷射器通常都是脈衝式輸出。

基本介紹

• 中文名：雷射器
• 外文名：Laser
• 定義：能發射雷射的裝置
• 發明者：查爾斯·哈德·湯斯

歷史發展

雷射的英文laser 這個詞是由最初的首字母縮略詞LASER演變而來，LASER的意思是“受激輻射光放大器”英文的單詞的縮寫簡略。

雷射技術中的關鍵概念早在1917年愛因斯坦提出“受激輻射”時已經開始建立起來了，雷射這個詞曾經飽受爭議；Gordon Gould是記載中第一個使用這個辭彙的人。

1953年，美國物理學家查爾斯·哈德·湯斯和他的學生阿瑟·肖洛製成了第一台微波量子放大器，獲得了高度相干的微波束。

1958年，C.H.湯斯和A.L.肖洛把微波量子放大器原理推廣套用到光頻範圍。

1960年，T.H.西奧多·梅曼製成了第一台紅寶石雷射器。

1961年，伊朗科學家A.賈文等人製成了氦氖雷射器。

1962年，R.N.霍耳等人創製了砷化鎵半導體雷射器。

2013年，南非科學與工業研究委員會國家雷射中心研究人員開發出世界首個數字雷射器，開闢了雷射套用的新前景。研究成果發表在2013年8月2日英國《自然通訊》雜誌上。

雷射器的專利之爭

雷射器最早是科學家 Gordon Gould在1958年搭建出來，但是直到1959年才發表相關論文，但在其申請專利的過程中卻被拒絕了，因為他的導師就是maser（微波諧振腔） 技術的發明者Charles Townes（發明了產生微波microwave輸出技術）。由於受到導師的影響專利一直沒有被批覆。直到1977年雷射器的專利才在美國批准。

長期的專利之戰，反而對Gould更為有利，因為他獲得專利的時候，雷射器已經大規模套用，受專利保護期的限制問題，如果專利一申請就批覆下來，因為套用不廣泛，反倒賺不到太多錢了。

雷射器的種類和用途

雷射器發出的光質量純淨、光譜穩定可以在很多方面被套用。

紅寶石雷射：最初的雷射器是紅寶石被明亮的閃光燈泡所激勵，所產生的雷射是“脈衝雷射”，而非連續穩定的光束。這種雷射器產生的光束質量和我們現在使用的雷射二極體產生的雷射有本質的區別。這種僅僅持續幾納秒的強光發射非常適合捕捉容易移動的物體，例如拍攝全息的人物肖像畫，第一副雷射肖像在1967年誕生。紅寶石雷射器需要昂貴的紅寶石而且只能產生短暫的脈衝光。

氦氖雷射器：1960年科學家Ali Javan、William R.Brennet Jr.和Donald Herriot 設計了氦氖雷射器。這是第一台氣體雷射器，這種雷射器是全息攝影師常用的裝備。兩個優點：1、產生連續雷射輸出；2、不需要閃光燈泡進行光激勵，而用電激勵氣體。

雷射二極體：雷射二極體是當前最為常用的雷射器之一，在二極體的PN結兩側電子與空穴的自發複合而發光的現象稱為自發輻射。當自發輻射所產生的光子通過半導體時，一旦經過已發射的電子—空穴對附近，就能激勵二者複合，產生新光子，這種光子誘使已激發的載流子複合而發出新光子現象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大，則會形成和熱平衡狀態相反的載流子分布，即粒子數反轉。當有源層內的載流子在大量反轉情況下，少量自發輻射產生的光子由於諧振腔兩端面往復反射而產生感應輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說對某一頻率具有增益。當增益大於吸收損耗時，就可從PN結髮出具有良好譜線的相干光——雷射。雷射二極體的發明讓雷射套用可以迅速普及，各類信息掃描、光纖通信、雷射測距、雷射雷達、雷射唱片、雷射指示器、超市的收款等等，各類套用正在不斷被開發和普及。

原理

除自由電子雷射器外，各種雷射器的基本工作原理均相同。產生雷射的必不可少的條件是粒子數反轉和增益大於損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵（或抽運）源、具有亞穩態能級的工作介質兩個部分。激勵是工作介質吸收外來能量後激發到激發態，為實現並維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩能級是使受激輻射占主導地位，從而實現光放大。雷射器中常見的組成部分還有諧振腔，但諧振腔（ 見光學諧振腔）並非必不可少的組成部分，諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使雷射具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地縮短工作物質的長度，還能通過改變諧振腔長度來調節所產生雷射的模式（即選模），所以一般雷射器都具有諧振腔。

雷射器

雷射工作物質

是指用來實現粒子數反轉並產生光的受激輻射放大作用的物質體系，有時也稱為雷射增益媒質，它們可以是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等媒質。對雷射工作物質的主要要求，是儘可能在其工作粒子的特定能級間實現較大程度的粒子數反轉，並使這種反轉在整個雷射發射作用過程中儘可能有效地保持下去；為此，要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。

全固態雷射

激勵抽運系統

是指為使雷射工作物質實現並維持粒子數反轉而提供能量來源的機構或裝置。根據工作物質和雷射器運轉條件的不同，可以採取不同的激勵方式和激勵裝置，常見的有以下四種。①光學激勵(光泵)。是利用外界光源發出的光來輻照工作物質以實現粒子數反轉的，整個激勵裝置，通常是由氣體放電光源（如氙燈、氪燈）和聚光器組成，這種激勵方式也稱作燈泵浦。②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質內發生的氣體放電過程來實現粒子數反轉的，整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學激勵。是利用在工作物質內部發生的化學反應過程來實現粒子數反轉的，通常要求有適當的化學反應物和相應的引發措施。④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質並實現粒子數反轉的。

雷射器

光學共振腔

通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為：①提供光學反饋能力，使受激輻射光子在腔內多次往返以形成相干的持續振盪。②對腔內往返振盪光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出雷射具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①，是由通常組成腔的兩個反射鏡的幾何形狀（反射面曲率半徑）和相對組合方式所決定；而作用②，則是由給定共振腔型對腔內不同行進方向和不同頻率的光，具有不同的選擇性損耗特性所決定的。

雷射器

分類

雷射器的種類是很多的。下面，將分別從雷射工作物質、激勵方式、運轉方式、輸出波長範圍等幾個方面進行分類介紹。

工作物質

根據工作物質物態的不同可把所有的雷射器分為以下幾大類：①固體雷射器（晶體和玻璃），這類雷射器所採用的工作物質，是通過把能夠產生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質中構成發光中心而製成的；②氣體雷射器，它們所採用的工作物質是氣體，並且根據氣體中真正產生受激發射作用之工作粒子性質的不同，而進一步區分為原子氣體雷射器、離子氣體雷射器、分子氣體雷射器、準分子氣體雷射器等；③液體雷射器，這類雷射器所採用的工作物質主要包括兩類，一類是有機螢光染料溶液，另一類是含有稀土金屬離子的無機化合物溶液,其中金屬離子（如Nd）起工作粒子作用，而無機化合物液體（如SeOCl2）則起基質的作用；④半導體雷射器，這類雷射器是以一定的半導體材料作工作物質而產生受激發射作用，其原理是通過一定的激勵方式(電注入、光泵或高能電子束注入)，在半導體物質的能帶之間或能帶與雜質能級之間，通過激發非平衡載流子而實現粒子數反轉，從而產生光的受激發射作用；⑤自由電子雷射器，這是一種特殊類型的新型雷射器，工作物質為在空間周期變化磁場中高速運動的定向自由電子束，只要改變自由電子束的速度就可產生可調諧的相干電磁輻射，原則上其相干輻射譜可從X射線波段過渡到微波區域，因此具有很誘人的前景。

氣體雷射器

介質是氣體的雷射器，此種雷射器通過放電得到激發。

氦氖雷射器：最重要的紅光放射源（632.8 nm）。

二氧化碳雷射器：波長約10.6 μm（紅外線），重要的工業雷射。

一氧化碳雷射器：波長約6-8 μm（紅外線），只在冷卻的條件下工作。

氮氣雷射器：337.1 nm (紫外線)。

氬離子雷射器：具有多個波長，457.9 nm (8%)丶476.5 nm (12%)丶488.0 nm (20%)丶496.5 nm (12%)丶501.7 nm (5%)丶514.5 nm (43%)（由藍光到綠光）。

氦鎘雷射器：最重要的藍光（442nm）和近紫外雷射源（325nm）。

氪離子雷射器：具有多個波長，350.7nm丶356.4nm丶476.2nm丶482.5nm丶520.6nm丶530.9nm丶586.2nm丶647.1nm (最強)丶676.4nm丶752.5nm丶799.3nm (從藍光到深紅光)。

氧離子雷射器

氙離子雷射器

混合氣體雷射器：不含純氣體，而是幾種氣體的混合物（一般為氬丶氪等）。

準分子雷射器：比如KrF (248 nm)丶XeF (351-353 nm)丶ArF (193 nm)丶XeCl (308 nm)丶F2 (157 nm) (均為紫外線)。

金屬蒸汽雷射器：比如銅蒸汽雷射器，波長介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強性，可以不用諧振鏡。

金屬鹵化物雷射器：比如溴化銅雷射器，波長介於510.6-578.2 nm之間。由於很好的加強性，可以不用諧振鏡。

化學激發雷射器是一種特殊的形式。激發通過媒介中的化學反應來進行。媒介是一次性的，使用後就被消耗掉了。對於高功率的條件及軍事領域是非常理想的。

鹽酸雷射器

碘雷射器

固體雷射器

介質是固體的雷射器，此種工作物質通過燈丶半導體雷射器陣列丶其他雷射器光照泵浦得到激發。熱透鏡效應是大多數固體雷射器的一項缺陷。

紅寶石雷射器：世界上第一台雷射器，1960年7月7日，美國青年科學家梅曼宣布世界上第一台雷射器由誕生，這台雷射器就是紅寶石雷射器，工作波長一般為6943，工作狀態是單次脈衝式，每脈衝在1ms量級，輸出能量為焦耳數量級。

Nd:YAG（摻釹釔鋁石榴石）：最常用的固體雷射器，工作波長一般為1064nm，這一波長為四能級系統，還有其他能級可以輸出其他波長的雷射。

Nd:YVO4（摻釹釩酸釔）：低功率套用最廣泛的固體雷射器，工作波長一般為1064nm，可以通過KTP,LBO非線性晶體倍頻後產生532nm綠光的雷射器。

Yb:YAG（摻鐿釔鋁石榴石）：適用於高功率輸出，這種材料的碟片雷射器在雷射工業加工領域有很強優勢。

鈦藍寶石雷射器：具有較寬的波長調節範圍（670nm～1200nm）

半導體雷射器

纖綠半導體雷射模組

半導體雷射器也稱為半導體雷射二極體，或簡稱雷射二極體（Laser Diode，LD）。由於半導體材料本身物質結構的特異性以及半導體材料中電子運動規律的特殊性，使半導體雷射器的工作特性具有其特殊性。
半導體雷射器是以一定的半導體材料做工作物質而產生受激發射作用的器件。.其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶（導帶與價帶）之間，或者半導體物質的能帶與雜質（受主或施主）能級之間，實現非平衡載流子的粒子數反轉，當處於粒子數反轉狀態的大量電子與空穴複合時，便產生受激發射作用。半導體雷射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。電注入式半導體雷射器，一般是由砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等等材料製成的半導體面結型二極體，沿正向偏壓注入電流進行激勵，在結平面區域產生受激發射。光泵式半導體雷射器，一般用N型或P型半導體單晶（如GaAS,InAs,InSb等）做工作物質，以其他雷射器發出的雷射作光泵激勵.高能電子束激勵式半導體雷射器，一般也是用N型或者P型半導體單晶如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質，通過由外部注入高能電子束進行激勵。在半導體雷射器件中，性能較好，套用較廣的是具有雙異質結構的電注入式GaAs二極體雷射器。
半導體雷射器採用注入電流方式泵浦。
半導體雷射器波長覆蓋範圍為紫外至紅外波段（300nm~十幾微米），其中1.3um與1.55um為光纖傳輸的兩個視窗。半導體雷射器具有能量轉換效率高、易於進行高速電流調製、超小型化、結構簡單、使用壽命才長等突出特點，使其成為最重要最具套用價值的一類的雷射器。
半導體雷射器是成熟較早、進展較快的一類雷射器，由於它的波長範圍寬，製作簡單、成本低、易於大量生產，並且由於體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發展快，套用範圍廣，已超過300種，半導體雷射器的最主要套用領域是Gb區域網路，850nm波長的半導體雷射器適用於）1Gh/。區域網路，1300nm -1550nm波長的半導體雷射器適用於1OGb區域網路系統.半導體雷射器的套用範圍覆蓋了整個光電子學領域，已成為當今光電子科學的核心技術.半導體雷射器在雷射測距、雷射雷達、雷射通信、雷射模擬武器、雷射警戒、雷射制導跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等方面獲得了廣泛的套用，形成了廣闊的市場。1978年，半導體雷射器開始套用於光纖通信系統，半導體雷射器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過大規模積體電路平面工藝組成光電子系統.由於半導體雷射器有著超小型、高效率和高速工作的優異特點，所以這類器件的發展，一開始就和光通信技術緊密結合在一起，它在光通信、光變換、光互連、並行光波系統、光信息處理和光存貯、光計算機外部設備的光禍合等方面有重要用途.半導體雷射器的問世極大地推動了信息光電子技術的發展，到如今，它是當前光通信領域中發展最快、最為重要的雷射光纖通信的重要光源.半導體雷射器再加上低損耗光纖，對光纖通信產生了重大影響，並加速了它的發展.因此可以說，沒有半導體雷射器的出現，就沒有當今的光通信.GaAs/GaAlA。雙異質結雷射器是光纖通信和大氣通信的重要光源，如今，凡是長距離、大容量的光信息傳輸系統無不都採用分布反饋式半導體雷射器（DFB一LD).半導體雷射器也廣泛地套用於光碟技術中，光碟技術是集計算技術、雷射技術和數字通信技術於一體的綜合性技術.是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存儲手段，它需要半導體雷射器產生的光束將信息寫人和讀出。

纖綠半導體雷射手電

激勵方式

①光泵式雷射器。指以光泵方式激勵的雷射器，包括幾乎是全部的固體雷射器和液體雷射器，以及少數氣體雷射器和半導體雷射器。②電激勵式雷射器。大部分氣體雷射器均是採用氣體放電（直流放電、交流放電、脈衝放電、電子束注入）方式進行激勵，而一般常見的半導體雷射器多是採用結電流注入方式進行激勵，某些半導體雷射器亦可採用高能電子束注入方式激勵。③化學雷射器。這是專門指利用化學反應釋放的能量對工作物質進行激勵的雷射器，反希望產生的化學反應可分別採用光照引發、放電引發、化學引發。④核泵浦雷射器。指專門利用小型核裂變反應所釋放出的能量來激勵工作物質的一類特種雷射器，如核泵浦氦氬雷射器等。

雷射器

運轉方式

由於雷射器所採用的工作物質、激勵方式以及套用目的的不同，其運轉方式和工作狀態亦相應有所不同，從而可區分為以下幾種主要的類型。①連續雷射器，其工作特點是工作物質的激勵和相應的雷射輸出，可以在一段較長的時間範圍內以連續方式持續進行，以連續光源激勵的固體雷射器和以連續電激勵方式工作的氣體雷射器及半導體雷射器，均屬此類。由於連續運轉過程中往往不可避免地產生器件的過熱效應，因此多數需採取適當的冷卻措施。②單次脈衝雷射器，對這類雷射器而言，工作物質的激勵和相應的雷射發射，從時間上來說均是一個單次脈衝過程，一般的固體雷射器、液體雷射器以及某些特殊的氣體雷射器，均採用此方式運轉，此時器件的熱效應可以忽略，故可以不採取特殊的冷卻措施。③重複脈衝雷射器，這類器件的特點是其輸出為一系列的重複雷射脈衝，為此，器件可相應以重複脈衝的方式激勵，或以連續方式進行激勵但以一定方式調製雷射振盪過程,以獲得重複脈衝雷射輸出,通常亦要求對器件採取有效的冷卻措施。④調Q雷射器,這是專門指採用一定的 開關技術以獲得較高輸出功率的脈衝雷射器，其工作原理是在工作物質的粒子數反轉狀態形成後並不使其產生雷射振盪 (開關處於關閉狀態)，待粒子數積累到足夠高的程度後，突然瞬時打開 開關，從而可在較短的時間內（例如10～10秒）形成十分強的雷射振盪和高功率脈衝雷射輸出（見技術'" class=link>雷射調 技術）。⑤鎖模雷射器，這是一類採用鎖模技術的特殊類型雷射器，其工作特點是由共振腔內不同縱向模式之間有確定的相位關係，因此可獲得一系列在時間上來看是等間隔的雷射超短脈衝（脈寬10～10秒）序列，若進一步採用特殊的快速光開關技術，還可以從上述脈衝序列中選擇出單一的超短雷射脈衝（見雷射鎖模技術）。⑥單模和穩頻雷射器，單模雷射器是指在採用一定的限模技術後處於單橫模或單縱模狀態運轉的雷射器，穩頻雷射器是指採用一定的自動控制措施使雷射器輸出波長或頻率穩定在一定精度範圍內的特殊雷射器件，在某些情況下，還可以製成既是單模運轉又具有頻率自動穩定控制能力的特種雷射器件（見雷射穩頻技術）。⑦可調諧雷射器，在一般情況下，雷射器的輸出波長是固定不變的，但採用特殊的調諧技術後，使得某些雷射器的輸出雷射波長，可在一定的範圍內連續可控地發生變化，這一類雷射器稱為可調諧雷射器（見雷射調諧技術）。

雷射器

波段範圍

根據輸出雷射波長範圍之不同，可將各類雷射器區分為以下幾種。①遠紅外雷射器，輸出波長範圍處於25～1000微米之間, 某些分子氣體雷射器以及自由電子雷射器的雷射輸出即落入這一區域。②中紅外雷射器，指輸出雷射波長處於中紅外區(2.5～25微米)的雷射器件,代表者為CO2分子氣體雷射器(10.6微米)、 CO分子氣體雷射器（5～6微米）。③近紅外雷射器,指輸出雷射波長處於近紅外區（0.75～2.5微米）的雷射器件，代表者為摻釹固體雷射器（1.06微米）、CaAs半導體二極體雷射器(約0.8微米)和某些氣體雷射器等。④可見雷射器，指輸出雷射波長處於可見光譜區（4000～7000埃或0.4～0.7微米）的一類雷射器件，代表者為紅寶石雷射器 （6943埃）、 氦氖雷射器（6328埃）、氬離子雷射器（4880埃、5145埃）、氪離子雷射器（4762埃、5208埃、5682埃、6471埃）以及一些可調諧染料雷射器等。⑤近紫外雷射器，其輸出雷射波長範圍處於近紫外光譜區（2000～4000埃），代表者為氮分子雷射器(3371埃)氟化氙(XeF)準分子雷射器（3511埃、3531埃）、 氟化氪(KrF)準分子雷射器(2490埃)以及某些可調諧染料雷射器等。⑥真空紫外雷射器,其輸出雷射波長範圍處於真空紫外光譜區(50～2000埃）代表者為（H）分子雷射器 (1644～1098埃)、氙(Xe)準分子雷射器（1730埃）等。⑦X射線雷射器, 指輸出波長處於X射線譜區（0.01～50埃）的雷射器系統，軟X 射線已研製成功，但仍處於探索階段。

雷射器

歷史由來

雷射器的發明是20世紀科學技術的一項重大成就。它使人們終於有能力駕駛尺度極小、數量極大、運動極混亂的分子和原子的發光過程，從而獲得產生、放大相干的紅外線、可見光線和紫外線（以至X射線和γ射線）的能力。雷射科學技術的興起使人類對光的認識和利用達到了一個嶄新的水平。雷射器的誕生史大致可以分為幾個階段，其中1916年愛因斯坦提出的受激輻射概念是其重要的理論基礎。這一理論指出，處於高能態的物質粒子受到一個能量等於兩個能級之間能量差的光子的作用，將轉變到低能態，並產生第二個光子，同第一個光子同時發射出來，這就是受激輻射。這種輻射輸出的光獲得了放大，而且是相干光，即如多個光子的發射方向、頻率、位相、偏振完全相同。

雷射器

發展階段

此後，量子力學的建立和發展使人們對物質的微觀結構及運動規律有了更深入的認識，微觀粒子的能級分布、躍遷和光子輻射等問題也得到了更有力的證明，這也在客觀上更加完善了愛因斯坦的受激輻射理論，為雷射器的產生進一步奠定了理論基礎。20世紀40年代末，量子電子學誕生後，被很快套用於研究電磁輻射與各種微觀粒子系統的相互作用，並研製出許多相應的器件。這些科學理論和技術的快速發展都為雷射器的發明創造了條件。

如果一個系統中處於高能態的粒子數多於低能態的粒子數，就出現了粒子數的反轉狀態。那么只要有一個光子引發，就會迫使一個處於高能態的原子受激輻射出一個與之相同的光子，這兩個光子又會引發其他原子受激輻射，這樣就實現了光的放大；如果加上適當的諧振腔的反饋作用便形成光振盪，從而發射出雷射。這就是雷射器的工作原理。1951年，美國物理學家珀塞爾和龐德在實驗中成功地造成了粒子數反轉，並獲得了每秒50千赫的受激輻射。稍後，美國物理學家查爾斯·湯斯以及蘇聯物理學家馬索夫和普羅霍洛夫先後提出了利用原子和分子的受激輻射原理來產生和放大微波的設計。

然而上述的微波波譜學理論和實驗研究大都屬於“純科學”，對於雷射器到底能否研製成功，在當時還是很渺茫的。

成熟階段

但科學家的努力終究有了結果。1954年，前面提到的美國物理學家湯斯終於製成了第一台氨分子束微波激射器，成功地開創了利用分子和原子體系作為微波輻射相干放大器或振盪器的先例。

湯斯等人研製的微波激射器只產生了1.25厘米波長的微波，功率很小。生產和科技不斷發展的需要推動科學家們去探索新的發光機理，以產生新的性能優異的光源。1958年，湯斯與姐夫阿瑟·肖洛將微波激射器與光學、光譜學的理論知識結合起來，提出了採用開式諧振腔的關鍵性建議，並預防了雷射的相干性、方向性、線寬和噪音等性質。同期，巴索夫和普羅霍洛夫等人也提出了實現受激輻射光放大的原理性方案。

此後，世界上許多實驗室都被捲入了一場激烈的研製競賽，看誰能成功製造並運轉世界上第一台雷射器。

1960年，美國物理學家西奧多·梅曼在佛羅里達州邁阿密的研究實驗室里，勉強贏得了這場世界範圍內的研製競賽。他用一個高強閃光燈管來刺激在紅寶石水晶里的鉻原子，從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱，當它射向某一點時，可使這一點達到比太陽還高的溫度。

“梅曼設計”引起了科學界的震驚和懷疑，因為科學家們一直在注視和期待著的是氦氖雷射器。

儘管梅曼是第一個將雷射引入實用領域的科學家，但在法庭上，關於到底是誰發明了這項技術的爭論，曾一度引起很大爭議。競爭者之一就是“雷射”(“受激輻射式光頻放大器”的縮略詞)一詞的發明者戈登·古爾德。他在1957年攻讀哥倫比亞大學博士學位時提出了這個詞。與此同時，微波激射器的發明者湯斯與肖洛也發展了有關雷射的概念。經法庭最終判決，湯斯因研究的書面工作早於古爾德9個月而成為勝者。不過梅曼的雷射器的發明權卻未受到動搖。

1960年12月，出生於伊朗的美國科學家賈萬率人終於成功地製造並運轉了全世界第一台氣體雷射器——氦氖雷射器。1962年，有三組科學家幾乎同時發明了半導體雷射器。1966年，科學家們又研製成了波長可在一段範圍內連續調節的有機染料雷射器。此外，還有輸出能量大、功率高，而且不依賴電網的化學雷射器等紛紛問世。

主要用途

雷射器是現代雷射加工系統中必不可少的核心組件之一。隨著雷射加工技術的發展，雷射器也在不斷向前發展，出現了許多新型雷射器。早期雷射加工用雷射器主要是大功率CO2氣體雷射器和燈泵浦固體YAG雷射器。從雷射加工技術的發展歷史來看，首先出現的雷射器是在20世紀70年代中期的封離式CO2雷射管，發展至今，已經出現了第五代CO2雷射器——擴散冷卻型CO2雷射器。從發展上可以看出，早期的CO2雷射器趨向雷射功率提高的發展方向，但當雷射功率達到一定要求後，雷射器的光束質量受到重視，雷射器的發展隨之轉移到調高光束質量上。出現的接近衍射極限的擴散冷卻板條式CO2雷射器有較好的光束質量，已經推出就得到了廣泛的套用，尤其是在雷射切割領域，受到眾多企業的青睞。

21世紀初，出現了另外一種新型雷射器——半導體雷射器。與傳統的大功率CO2、YAG固體雷射器相比，半導體雷射器具有很明顯的技術優勢，如體積小，重量輕、效率高、能耗小、壽命長以及金屬對半導體雷射吸收高等優點，隨著半導體雷射技術的不斷發展，以半導體雷射器為基礎的其他固體雷射器，如光纖雷射器、半導體泵浦固體雷射器、片狀雷射器等的發展也十分迅速。其中，光纖雷射器發展較快，尤其是稀土摻雜的光纖雷射器，應在光纖通信、光纖感測、雷射材料處理等領域獲得了廣泛的套用。

由於雷射器具備的種種突出特點，因而被很快運用於工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事等各方面，並在許多領域引起了革命性的突破。雷射在軍事上除用於通信、夜視、預警、測距等方面外，多種雷射武器和雷射制導武器也已經投入實用。

1、雷射用作熱源。雷射光束細小 ，且帶著巨大的功率，如用透鏡聚焦，可將能量集中到微小的面積上，產生巨大的熱量。比如，人們利用雷射集中而極高的能量，可以對各種材料進行加工，能夠做到在一個針頭上鑽200個孔；雷射作為一種在生物機體上引起刺激、變異、燒灼、汽化等效應的手段，已在醫療、農業的實際套用上取得了良好效果。

2、雷射測距。雷射作為測距光源，由於方向性好、功率大，可測很遠的距離，且精度很高。

3、雷射通信。在通信領域，一條用雷射柱傳送信號的光導電纜，可以攜帶相當於2萬根電話銅線所攜帶的信息量。

4、受控核聚空中的套用。將雷射射到氘與氚混合體中，雷射所帶給它們巨大能量，產生高壓與高溫，促使兩種原子核聚合為氦和中子，並同時放出巨大輻射能量。由於雷射能量可控制，所以該過程稱為受控核聚變。

今後，隨著人類對雷射技術的進一步研究和發展，雷射器的性能將進一步提升，成本將進一步降低，但是它的套用範圍卻還將繼續擴大，並將發揮出越來越巨大的作用。

雷射指示器是以雷射作為指示用途的小型低功率雷射器，屬於一般民用品，也稱為雷射筆、指星筆等。是一種用途廣泛的產品：教學、科研單位作為教學、學術報告、會議等場合配合視像設備作為指示用；軍事單位用於配合大螢幕指揮系統指示；旅遊單位用於導遊講解；建築及裝修監理單位用於建築、裝修驗收時的指示等。某些場合還可將其固定作為定向工具；亦可將其作為禮品。

滿天星丶單點丶調焦

總結

以脈衝方式發射的二氧化碳雷射器也有很多種，在科研和工業中用途極廣。如果按每一脈衝發出的能量大小作比較，那么，脈衝二氧化碳雷射器又是脈衝雷射器中的最強者。這裡，我們要回到雷射先驅者湯斯曾經研究過的問題上來，談一談毫米波的產生。隨著雷射技術的發展，許多科學家對這一難題又發起了進攻：採用放電或利用強大的二氧化碳雷射作為激勵源去激發氟甲烷、氨等氣體分子，一步步地把發射出來的雷射波長延長，擴展。開始達幾十微米，後來達幾百微米，也就是亞毫米波了。本世紀60年代中期到70年代中期，隨著微波技術的發展，科學家根據雷射的原理和方法產生了毫米波。這樣，從光波到微波之間的空白地帶便被不斷發現的新紅外雷射填補了。

從研究中，科學家發現毫米波很有實用價值：大氣對它的吸收率很小、阻礙它傳播的影響也小，可以用它來作為新的大氣通訊工具。

另一種比較特殊、新穎的雷射器，可以形象地稱它為“變色龍”。它不是龍，但確實能變色；只要轉動一個雷射器上的旋鈕，就可以獲得紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫各種顏色的雷射。

難道染料跟雷射器也有關係嗎？一點也不錯。這種雷射器的工作物質確實就是染料，如碳花青、若丹明和香豆素等等。科學家至今還沒有弄清楚這些染料的分子能級和原子結構，只知道它們與氣體工作物質的氣體原子、離子結構不一樣；氣體產生的雷射有明確的波長，而染料產生的雷射，波長範圍較廣，或者說有多種色彩。染料雷射器的光學諧振腔中裝有一個稱為光柵的光學元件。通過它可以根據需要選擇雷射的色彩，就像從收音機里選聽不同頻率的無線電台廣播一樣。

未來展望

染料雷射器的激勵源是光泵，可以用脈衝氙燈，也可以用氮分子雷射器發出的雷射。用一種顏色的雷射作光泵，結果能產生其他顏色的雷射可以說是染料雷射器的特點之一。

這種根據需要可以隨時改變產生雷射的波長的雷射器，主要用於光譜學研究；許多物質會有選擇地吸收某些波長的光，產生共振現象。科學家用這些現象分析物質，了解材料結構；還用這些雷射器來產生新的雷射，研究一些奇異的光學和光譜學現象。

易發事故

在使用雷射切割機時，雷射器雷射射出可能引起以下事故：
（1）雷射射出沾到易燃物引起火災。大家知道雷射發生器的功率很高，尤其遇到高功率雷射切割機，射出的雷射溫度非常高。當雷射射出沾到易燃物體後引起火災的可能性非常大。
（2）機器在運行時會可能會產生有害氣體。例如在用氧氣切割時與切割材料發生化學反應，生成不明化學物質或細小顆粒等雜質。被人體吸收以後可能會產生過敏反應或引起肺部等呼吸道的不適。在進行作業的時候應做好防護措施。
（3）雷射直射人體會對人體有害。雷射對人體的損害主要包括對眼睛和對皮膚的損害。在雷射的傷害中，以機體對眼睛的傷害最為嚴重。而且眼睛的傷害是永久性的。所以在進行作業時一定要注意保護眼睛。
所以，進行切割的環境應該中嚴禁易燃物體靠近機器並且保持通風，工作場所還應該配有滅火器。工作人員在進行作業時要做好自我防護措施。

前景展望

光纖雷射器可實現800nm－2100nm波段的雷射輸出，最大功率已達到萬瓦量級，套用也從光通信擴展到雷射加工、雷射打標、圖像顯示、生物工程、醫療衛生等領域。未來光纖雷射器的發展趨勢將體現在以下幾個方面：

（1）光纖雷射器本身性能的提高：如何提高輸出功率和轉換效率，最佳化光束質量，縮短增益光纖長度，提高系統穩定性並使其更加小巧緊湊將是未來光纖雷射器領域研究的重點。

（2）新型光纖雷射器的研製：在時域方面，具有更小占空比的超短脈衝鎖模光纖雷射器一直是雷射領域研究的熱點，高功率飛秒量級脈衝光纖雷射器一直是人們長期追求的目標，該領域研究的突破不僅可以給光通信時分復用（OTDM）提供理想的光源，而且可以有效帶動雷射加工、雷射打標及雷射加密等相關產業的發展。在頻域方面，寬頻輸出並可調諧的光纖雷射器將成為研究熱點，一種採用ZEBLAN材料（Zr、Ba、La、Al、Nd）為雷射介質的非線性光纖雷射器引起了人們的重視，該雷射器具有相當寬的頻寬和低損耗，可實現波長上轉換幾個波段，被專家譽為下一代通信材料，如能實現大規模生產將會在雷射列印和大螢幕顯示領域產生幾十億美元的市場。可以預見，隨著相關技術的完善，光纖雷射器將向更廣闊的領域發展，並有可能成為替代固體雷射器和半導體雷射器的新一代光源，形成一個新興的產業。

分類

可調諧雷射器

可調諧雷射器tunable laser 是指在一定範圍內可以連續改變雷射輸出波長的雷射器（見雷射）。這種雷射器的用途廣泛，可用於光譜學、光化學、醫學、生物學、集成光學、污染監測、半導體材料加工、信息處理和通信等。

單模雷射器

輸出為單橫模(一般為基模)、多縱模的雷射器。

化學氧碘雷射器

化學氧碘雷射器是一種機載雷射器。機載雷射器系統是以改型的波音747-400F飛機作為發射平台（代號YAL-1A），以產生高能雷射的化學氧碘雷射器為核心，配置跟蹤瞄準系統和光束控制與發射系統，利用雷射作為能量直接毀傷目標或使之失效的定向能武器。

二氧化碳雷射器

二氧化碳雷射器是以CO2氣體作為工作物質的氣體雷射器。放電管通常是由玻璃或石英材料製成，裡面充以CO2氣體和其他輔助氣體（主要是氦氣和氮氣，一般還有少量的氫或氙氣）；電極一般是鎳制空心圓筒；諧振腔的一端是鍍金的全反射鏡，另一端是用鍺或砷化鎵磨製的部分反射鏡。當在電極上加高電壓（一般是直流的或低頻交流的），放電管中產生輝光放電，鍺鏡一端就有雷射輸出，其波長為10.6微米附近的中紅外波段；一般較好的管子。一米長左右的放電區可得到連續輸出功率40～60瓦。CO2雷射器是一種比較重要的氣體雷射器

液體雷射器

液體雷射器也稱染料雷射器，因為這類雷射器的激活物質是某些有機染料溶解在乙醇、甲醇或水等液體中形成的溶液。為了激發它們發射出雷射，一般採用高速閃光燈作雷射源，或者由其他雷射器發出很短的光脈衝。液體雷射器發出的雷射對於光譜分析、雷射化學和其他科學研究，具有重要的意義。

數字雷射器

數字雷射器將其中一個反射鏡換成了“空間光調製器”。“空間光調製器”如同一個可反光的微型液晶顯示屏，“只需通過電腦向顯示屏輸入特定圖像就能得到所需要的雷射模式。其最大特點是不用為每束雷射設計一個新雷射器，只需在電腦上變換圖片，就能得到想要的光束形狀。

數字雷射可以創建幾乎任何雷射模式，而在以前，每束光都需要一個單獨雷射器，為此很多人需要花費一兩年才能做到

這項發明是雷射技術的一個里程碑，在醫療領域，它可以用作無血手術，眼部護理和牙科。在工業領域，它可以幫助切割，焊接。在通信領域，它將極大促進光纖通訊的發展。