激光器從出現(xiàn)到現(xiàn)在經(jīng)歷了很長的一段時間,其中比較有代表性的激光器主要有三種,分別是:紅寶石激光器、氦氖激光器以及激光二極管等,其中:
1、紅寶石激光:開始的激光器是紅寶石被明亮的閃光燈泡所激勵,所產(chǎn)生的激光是“脈沖激光”,而非連續(xù)穩(wěn)定的光束。這種激光器所產(chǎn)生的光束質(zhì)量和我們現(xiàn)在使用的激光二極管產(chǎn)生的激光有本質(zhì)的區(qū)別。紅寶石激光僅僅持續(xù)幾納秒的強光發(fā)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。
2、氦氖激光器:作為臺氣體激光器,氦氖激光器是全息攝影師常用的裝備,其優(yōu)點有產(chǎn)生連續(xù)激光輸出;且不需要閃光燈泡進行光激勵,而用電激勵氣體。
3、激光二極管:激光二極管在如今的應用比較廣泛,我們將二極管的PN結(jié)兩側(cè)電子與空穴的自發(fā)復合而發(fā)光的現(xiàn)象稱為自發(fā)輻射。當自發(fā)輻射所產(chǎn)生的光子通過半導體時,一旦經(jīng)過已發(fā)射的電子—空穴對附近,就能激勵二者復合,產(chǎn)生新光子,這種光子誘使已激發(fā)的載流子復合而發(fā)出新光子現(xiàn)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(tài)相反的載流子分布,即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當有源層內(nèi)的載流子在大量反轉(zhuǎn)情況下,少量自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子由于諧振腔兩端面往復反射而產(chǎn)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。當增益大于吸收損耗時,就可從PN結(jié)發(fā)出具有良好譜線的相干光——激光。激光二極管的發(fā)明讓激光應用可以迅速普及,各類信息掃描、光纖通信、激光測距、激光雷達、激光唱片、激光指示器、超市的收款等等,各類應用正在不斷被開發(fā)和普及。
在未來,激光器將繼續(xù)朝著更快、更高、更好、更短四大發(fā)展方向發(fā)展:
1、更好:激光器輸出的光束質(zhì)量越來越好,光纖激光器的光束質(zhì)量已經(jīng)達到10萬瓦級單模。在過去的一年中,光纖激光器、碟片激光器、直接半導體激光器的亮度都有大幅度提升。
2、更高:激光器的功率越來越高,平均功率已經(jīng)超過10萬瓦。2013年,臺商用的10萬瓦級光纖激光器在日本名古屋NADEX中心安裝,用于焊接300mm厚的鋼板。激光切割應用也向著更高的功率發(fā)展,激光切割機的功率持續(xù)走高,已經(jīng)達到8—12kW。
3、快:激光器的脈沖速度越來越快,超快激光器取得了快速發(fā)展,已經(jīng)憑借著更簡單的結(jié)構(gòu)、更方便的操作、更低廉的成本和更穩(wěn)定的性能,走出實驗室進入工業(yè)應用中。
4、更短:激光器的輸出波長覆蓋更短的波段,短波長激光器已經(jīng)廣泛應用。很多*的制造工藝都需要冷加工,例如在智能手機制造中,很多時候需要用短波長、短脈沖的紫外激光來處理。短波長激光已經(jīng)在表面標記、半導體晶圓加工、鉆孔、切割等領(lǐng)域獲得了大量應用。