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laser这个单词在1960年以前是不存在的，它的最初灵感源泉是maser（微波放大器）。1960年科学家发现光也有微波类似的性质，当泵浦源照射某些介质的时候，会受激发射出振幅、频率、方向、偏振一致的光，这个过程就是激光产生的过程。
泵浦源、激光介质材料、激光波长及用途对应表
| 泵浦源 | 激光介质材料 | 可产生的激光波长 | 主要用途 |
|---|---|---|---|
| 氙灯、氪灯、808nm LD | Nd:YAG（掺钕钇铝石榴石） | 1064nm（红外）；倍频532nm（绿光）；三倍频355nm（紫外） | 工业切割、焊接、打标 |
| 808nm半导体LD | Nd:YVO₄（掺钕钒酸钇） | 1064nm（红外） | 半导体泵浦打标机，光斑好 |
| 氙灯、半导体LD | Nd:Glass（掺钕玻璃） | 1060～1064nm（红外） | 大功率脉冲激光、科研领域 |
| 半导体LD、闪光灯 | Ti:Sapphire（钛宝石晶体） | 700～1000nm（连续可调） | 科研用超快激光 |
| 915nm/976nm LD | 掺镱（Yb）光纤 | 1060～1070nm（红外） | 主流工业光纤切割机、焊接机 |
| 半导体LD | 掺铒（Er）光纤 | 1550nm（近红外） | 光通信、远距离传感 |
| 气体放电泵浦 | CO₂（二氧化碳气体） | 10.6μm（远红外） | 非金属切割、雕刻 |
| 气体放电泵浦 | He-Ne（氦氖气体） | 632.8nm（红光） | 激光指示、教学实验 |
| 气体放电泵浦 | 准分子气体（ArF、KrF） | 193nm、248nm（深紫外） | 冷加工、光刻、医疗矫正 |
以1064nm激光的产生举例讲解
工业车间里的YAG切割机、焊接机总能稳定输出精准的1064nm红外激光，这束光的诞生，本质是一套”泵浦-粒子数反转-受激辐射放大”的精密系统。
第一步：泵浦与粒子数反转
氙灯作为泵浦源发出全光谱光，其中808nm左右的近红外光被Nd:YAG晶体里的钕离子吸收，将低能级的电子激发到高能级，打破”低能级电子数远多于高能级”的常态，实现粒子数反转——这是激光产生的前提。
第二步：受激辐射放大
待不住的高能级电子会自发向低能级跃迁，释放出1064nm的光子；当这个光子碰到另一个处于高能级的电子时，会激发出一个完全相同的光子，实现”1变2、2变4″的光放大。
第三步：谐振腔选模与输出
晶体两端的全反镜和半反镜构成谐振腔，把方向不对、波长不纯的光淘汰，只让1064nm的光在腔内来回反射、持续放大；当光强超过阈值，就会从半反镜输出稳定的激光。
抽水机类比：把光放大逻辑拆成你看得懂的场景
- Nd:YAG晶体是依山而建的水渠，低能级电子是山脚下水池里的水
- 氙灯泵浦源是功率可调的抽水机，它把山脚下的水（低能电子）抽到山顶的蓄水池（高能级），实现”粒子数反转”
- 山顶存不住水，水会自发往下流，这是自发辐射；而受激辐射就是水渠里的”引导波”，让所有水流都顺着同一条道冲下来
- 全反镜和半反镜是水渠两端的挡板：全反镜把水100%折回山上继续循环攒力，半反镜是带可控缝隙的挡板——这个缝隙的大小就是输出率
- 滤紫外管就是抽水机进水管上的滤网，把水里的泥沙也就是氙灯发出的紫外光全挡在外面
来源：微信公众号”高飞激光配件”
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