激光器的主要種類
1. 氣體激光器
在氣體激光器中，最常見的是氦氖激光器。世界上第一臺(tái)氦氖激光器是繼第一臺(tái)紅寶石激光器之后不久，于1960年在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室里由伊朗物理學(xué)家賈萬制成的。由于氦氖激光器發(fā)出的光束方向性和單色性好，可以連續(xù)工作，所以這種激光器是當(dāng)今使用最多的激光器，主要用在全息照相的精密測(cè)量、準(zhǔn)直定位上。
氣體激光器中另一種典型代表是氬離子激光器。它可以發(fā)出鮮艷的藍(lán)綠色光，可連續(xù)工作，輸出功率達(dá)100多瓦。這種激光器是在可見光區(qū)域內(nèi)輸出功率最高的一種激光器。由于它發(fā)出的激光是藍(lán)綠色的，所以在眼科上用得最多，因?yàn)槿搜蹖?duì)藍(lán)綠色的反應(yīng)很靈敏，眼底視網(wǎng)膜上的血紅素、葉黃素能吸收綠光。因此，用氬離子激光器進(jìn)行眼科手術(shù)時(shí)，能迅速形成局部加熱，將視網(wǎng)膜上蛋白質(zhì)變成凝膠狀態(tài)，它是焊接視網(wǎng)膜的理想光源。氬離子激光器發(fā)出的藍(lán)綠色激光還能深入海水層，而不被海水吸收，因而可廣泛用于水下勘測(cè)作業(yè)。
2. 液體、化學(xué)和半導(dǎo)體激光器
液體激光器也稱染料激光器，因?yàn)檫@類激光器的激活物質(zhì)是某些有機(jī)染料溶解在乙醇、甲醇或水等液體中形成的溶液。為了激發(fā)它們發(fā)射出激光，一般采用高速閃光燈作激光源，或者由其他激光器發(fā)出很短的光脈沖。液體激光器發(fā)出的激光對(duì)于光譜分析、激光化學(xué)和其他科學(xué)研究，具有重要的意義。
化學(xué)激光器是用化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生激光的。如氟原子和氫原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，能生成處于激發(fā)狀態(tài)的氟化氫分子。這樣，當(dāng)兩種氣體迅速混合后，便能產(chǎn)生激光，因此不需要?jiǎng)e的能量，就能直接從化學(xué)反應(yīng)中獲得很強(qiáng)大的光能。這類激光器比較適合于野外工作，或用于軍事目的，令人畏懼的死光武器就是應(yīng)用化學(xué)激光器的一項(xiàng)成果。
在當(dāng)今的激光器中，還有一些是用半導(dǎo)體制成的。它們體積小，使用壽命長(zhǎng)，激勵(lì)方式簡(jiǎn)單（通常采用電激勵(lì)），閾值電流低，易于規(guī)?；a(chǎn)，早期的半導(dǎo)體激光器的輸出激光相干性、方向性等性能較差，輸出激光頻率種類較少，大多在紅外區(qū)，但是現(xiàn)在隨著研究的深入和半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的拓展，半導(dǎo)體激光器家族中出現(xiàn)了諸如邊發(fā)射激光器、量子阱激光器、垂直腔表面發(fā)射激光器等等輸出激光性能優(yōu)異的新成員，輸出激光頻率類型在可見光區(qū)域也廣有分布。尤其是垂直腔表面發(fā)射激光器，除了具有單縱模輸出、低閾值電流起振等優(yōu)異特性之外，還具有在生產(chǎn)工藝上大規(guī)?；完嚵谢?，這樣，半導(dǎo)體激光器也能輸出大功率激光，而且進(jìn)一步降低半導(dǎo)體激光器的生產(chǎn)成本，利于激光器的普及應(yīng)用。目前，半導(dǎo)體類激光器是激光器家族中應(yīng)用最為廣泛的一支，如在光通信（如光纖通信）、光存儲(chǔ)和讀取（即光盤和光驅(qū)）、光開關(guān)、光邏輯器件等等。
3. 固體激光器
前面所提到的紅寶石激光器就是固體激光器的一種。早期的紅寶石激光器是采用普通光源作為激發(fā)源?，F(xiàn)在生產(chǎn)的紅寶石激光器已經(jīng)開發(fā)出許多新產(chǎn)品，種類也增多。此外，激勵(lì)的方式也分為好幾種，除了光激勵(lì)外，還有放電激勵(lì)、熱激勵(lì)和化學(xué)激勵(lì)等。
固體激光器中常用的還有釔鋁石榴石激光器，它的工作物質(zhì)是氧化鋁和氧化釔合成的晶體，并摻有氧化釹。激光是由晶體中的釹離子放出，是人眼看不見的紅外光，可以連續(xù)工作，也可以脈沖方式工作。由于這種激光器輸出功率比較大，不僅在軍事上有用，也可廣泛用于工業(yè)上。此外，釔鋁石榴石激光器或液體激光器中的染料激光器，對(duì)治療白內(nèi)障和青光眼十分有效。
4. “隱身”和“變色”激光器
另外還有兩種較為特殊的激光器。一種是二氧化碳激光器，可稱“隱身人”，因?yàn)樗l(fā)出的激光波長(zhǎng)為10.6微米，“身”處紅外區(qū)，肉眼不能覺察，它的工作方式有連續(xù)、脈沖兩種。連接方式產(chǎn)生的激光功率可達(dá)20千瓦以上。脈沖方式產(chǎn)生的波長(zhǎng)10.6微米激光也是最強(qiáng)大的一種激光。人們已用它來“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出現(xiàn)是激光發(fā)展中的重大進(jìn)展，也是光武器和核聚變研究中的重大成果。最普通的二氧化碳激光器是一支長(zhǎng)1米左右的放電管。它的一端貼上鍍金反射鏡片，另一端貼一塊能讓10.6微米紅外光通過的鍺平面鏡片作為紅外激光輸出鏡。一般的玻璃鏡片不讓這種紅外光通過，所以個(gè)能做輸出鏡。放電管放電時(shí)發(fā)出粉紅色的自發(fā)輻射光，它產(chǎn)生的激光是看不見的，在磚上足以把磚頭燒到發(fā)出耀眼的白光。做實(shí)驗(yàn)時(shí)，一不小心就會(huì)把自己的衣服燒壞，裸露的皮膚碰到了也要燒傷，所以這種激光器上都貼著“危險(xiǎn)”的標(biāo)記，操作時(shí)要特別留神。
5.近紅外光譜儀
近紅外光譜儀專為滿足實(shí)際應(yīng)用的挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)的，具有卓越的性能、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)緊湊和超低功耗的優(yōu)點(diǎn)。
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二氧化碳激光器形式很多。放電管最長(zhǎng)的達(dá)200多米，要占據(jù)很大的場(chǎng)地?？茖W(xué)家想出辦法，將筆直的放電管彎成來回轉(zhuǎn)折的形狀，或是把放電管疊起來安裝，將它們的實(shí)際長(zhǎng)度壓縮到20米左右；為了使激光器的光路不受振動(dòng)的影響，整個(gè)器件安放在地下室粗大的管道內(nèi)。后來發(fā)明的一種稱為橫向流動(dòng)的二氧化碳激光器，長(zhǎng)度縮到只有一張大辦公桌那樣長(zhǎng)短，能射出幾千瓦功率的激光。這樣的激光器已被許多汽車拖拉機(jī)廠用來加工大型零件。輸出功率更大的一種二氧化碳激光器結(jié)構(gòu)像大型噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，開動(dòng)起來聲音響得嚇人，它能產(chǎn)生上百萬瓦的連續(xù)激光，是連續(xù)方式發(fā)射激光中的最強(qiáng)者。最初的激光打坦克靶實(shí)驗(yàn)，用的就是這種激光器。它是科學(xué)家把空氣動(dòng)力學(xué)和激光科學(xué)相結(jié)合而制造出來的。
以脈沖方式發(fā)射的二氧化碳激光器也有很多種，在科研和工業(yè)中用途極廣。如果按每一脈沖發(fā)出的能量大小作比較，那么，脈沖二氧化碳激光器又是脈沖激光器中的最強(qiáng)者。
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這里，我們要回到激光先驅(qū)者湯斯曾經(jīng)研究過的問題上來，談一談毫米波的產(chǎn)生。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，許多科學(xué)家對(duì)這一難題又發(fā)起了進(jìn)攻：采用放電或利用強(qiáng)大的二氧化碳激光作為激勵(lì)源去激發(fā)氟甲烷、氨等氣體分子，一步步地把發(fā)射出來的激光波長(zhǎng)延長(zhǎng)，擴(kuò)展。開始達(dá)幾十微米，后來達(dá)幾百微米，也就是亞毫米波了。本世紀(jì)60年代中期到70年代中期，隨著微波技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家根據(jù)激光的原理和方法產(chǎn)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(fā)現(xiàn)的新紅外激光填補(bǔ)了。
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從研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)毫米波很有實(shí)用價(jià)值：大氣對(duì)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、新穎的激光器，可以形象地稱它為“變色龍”。它不是龍，但確實(shí)能變色；只要轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)激光器上的旋鈕，就可以獲得紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫各種顏色的激光。
難道染料跟激光器也有關(guān)系嗎？一點(diǎn)也不錯(cuò)。這種激光器的工作物質(zhì)確實(shí)就是染料，如碳花青、若丹明和香豆素等等?？茖W(xué)家至今還沒有弄清楚這些染料的分子能級(jí)和原子結(jié)構(gòu)，只知道它們與氣體工作物質(zhì)的氣體原子、離子結(jié)構(gòu)不一樣；氣體產(chǎn)生的激光有明確的波長(zhǎng)，而染料產(chǎn)生的激光，波長(zhǎng)范圍較廣，或者說有多種色彩。染料激光器的光學(xué)諧振腔中裝有一個(gè)稱為光柵的光學(xué)元件。通過它可以根據(jù)需要選擇激光的色彩，就像從收音機(jī)里選聽不同頻率的無線電臺(tái)廣播一樣。
染料激光器的激勵(lì)源是光泵，可以用脈沖氙燈，也可以用氮分子激光器發(fā)出的激光。用一種顏色的激光作光泵，結(jié)果能產(chǎn)生其他顏色的激光可以說是染料激光器的特點(diǎn)之一。
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這種根據(jù)需要可以隨時(shí)改變產(chǎn)生激光的波長(zhǎng)的激光器，主要用于光譜學(xué)研究；許多物質(zhì)會(huì)有選擇地吸收某些波長(zhǎng)的光，產(chǎn)生共振現(xiàn)象?？茖W(xué)家用這些現(xiàn)象分析物質(zhì)，了解材料結(jié)構(gòu)；還用這些激光器來產(chǎn)生新的激光，研究一些奇異的光學(xué)和光譜學(xué)現(xiàn)象。
