文章來源：睞芯科技LightSense

原文作者：LIG

本文介紹了氣體激光器、固體激光器以及半導體激光器。

氣體激光器

氣體激光器使用低壓氣體混合物作為活性介質。大多數氣體激光器是通過使電流通過氣體來激發的，電流由放置在管兩端的電極輸送。氦氖激光器（或HeNe激光器）是一種常見的氣體激光器，產生波長為632.8nm的可見光譜光。氦氖激光腔包含氦氣和氖氣的混合物。氦原子被施加的電流激發，然后與氖原子碰撞，將它們激發到產生632.8nm輻射的狀態。HeNe激光器的亮紅色輸出和相對較低的成本使其非常適合教育和研究實驗室中的許多低功耗應用。

氣體激光器的其他示例包括二氧化碳（CO2）激光器，這是一種在紅外波段工作的高效激光器。二氧化碳激光器通常用于焊接和切割等高功率工業應用。

準分子激光器是一種氣體激光器，它依賴于“二聚體”分子的激發，如氟化氬，這些分子僅在激發態穩定。準分子激光器于20世紀70年代中期首次被證明，能夠通過破壞分子鍵來去除極其精細的表面材料層，而不會燃燒或加熱周圍區域。因此，準分子激光器非常適合塑料或半導體電路的精密蝕刻，以及LASIK等精細眼科手術。

氣體激光器相對于其他激光器類型的一個優點是，氣體介質往往既相對便宜，又具有很大的抗損傷性。然而，由于介質密度低，氣體激光器通常也比其他類型的激光器大。近年來，氣體激光器的銷售額有所下降，因為在許多商業應用中，它們已逐漸被固態和半導體激光器所取代應用。例如，氦氖激光器最初用于雜貨店的結賬掃描儀，但在很大程度上已被激光二極管所取代。

固體激光器

固態激光器使用由含有發光原子（活性物種）的固體晶體或玻璃棒（稱為基質）組成的活性介質。有史以來建造的第一臺激光器是使用合成紅寶石的固態激光器，紅寶石是剛玉（氧化鋁晶體），鉻是一種活性物質。在大多數固態激光材料中，首先識別活性物種（通常通過其化學符號），然后是主體材料。例如，鈦寶石激光器由藍寶石晶體中的鈦原子組成。活性物種和宿主在固態激光器中都很重要。活性物種決定了激光躍遷，但它與宿主的相互作用可能會略微改變波長。

釹（Nd）通常用作固態激光晶體中的活性物種。例如，Nd:YAG（neodymium-yttrium aluminum garnet）是最常見的激光器類型之一，在研究、醫學、制造和其他領域都有應用。Nd:YAG激光器通常發射波長為1064nm的紅外光，但其他波長也是可能的。釹的其他基質材料包括YLF（氟化釔鋰）和玻璃。根據其光學、熱學和機械性能選擇主體材料。

半導體激光器

半導體激光器，通常稱為激光二極管，其工作原理與發光二極管相同，但有一些重要區別。與LED一樣，激光二極管由兩層半導體層組成，一層是帶有過量電子的n型半導體層，另一層是要填充電子“空穴”的p型半導體層。半導體層被稱為有源層的微觀區域隔開，該區域用作光學諧振器。

激光二極管的工作電流比LED高得多，通常大約是LED的十倍。雖然LED從其結層向各個方向發射光子，但激光二極管配置有反射端，以在半導體層之間的區域形成光學諧振器。在激光二極管中，當一個電子躍遷發射的光子觸發另一個電子填充空穴時，就會發生受激發射，以此類推，從而產生從二極管一側出射的相干光束。

激光二極管結構緊湊，易于大規模生產。就數量而言，它們是最常見的激光類型。它們的小尺寸使其非常適合用于低功耗應用，如激光指示器、激光打印機和CD/DVD播放器。激光二極管也可以在比其他類型的激光器更低的電壓下工作。雖然氣體和固態激光器需要數千伏的輸入電壓，但激光二極管只能在幾伏的電壓下工作。

激光二極管通常不如其他類型激光器的光束準直。在許多情況下，使用外部透鏡來校正光束的形狀，這會導致激光器的整體脆弱性，因為透鏡的損壞可能會使其無法正常工作。此外，半導體的微妙性質使激光二極管對靜電放電和電流更敏感。過大的電流會導致二極管無法工作。激光二極管的功率效率也會隨著時間的推移而降低，逐漸需要更多的功率來輸出相同的光束強度。