激光类型与操作

激光器根据其增益介质和泵浦方式进行分类，并通过Q开关和锁模技术以连续或脉冲模式运行。

Definition

根据增益介质和激励机制对激光器进行分类，以及通过连续波或脉冲模式控制其输出功率和时间结构的运行方式。

Scope

本主题概述了主要的激光器类别及其运行方式。它包括氦氖激光器和二氧化碳激光器等气体激光器，红宝石激光器、钕激光器和钛蓝宝石激光器等固态激光器，半导体二极管激光器，染料激光器和光纤激光器，以及它们的特征波长和泵浦方法。它还涵盖了运行模式：连续波输出，以及通过Q开关和锁模技术产生短脉冲和超短脉冲，以及由此产生的峰值功率和脉冲持续时间。它将潜在的增益物理学与各种实际设备联系起来。

Core questions

• 激光器中使用哪些增益介质，它们产生什么波长？
• 不同的激光器如何泵浦以产生粒子数反转？
• Q开关和锁模如何产生短脉冲？
• 连续波操作与脉冲操作有何权衡？

Key concepts

• 气体激光器
• 固态激光器
• 半导体二极管激光器
• 光纤激光器
• 连续波操作
• Q开关
• 锁模
• 超短脉冲

Key theories

按增益介质分类

激光器分为气体、固态、半导体、染料和光纤激光器；增益介质决定了可用的波长、效率和功率，并决定了通过光、电流或放电进行合适的泵浦。

Q开关和锁模的脉冲操作

Q开关先破坏然后突然恢复腔体品质因数，以将储存的能量作为强烈的纳秒脉冲释放，而锁模则将许多纵模相位锁定在一起，以产生皮秒或飞秒脉冲序列。

Clinical relevance

不同类型的激光器适用于不同的医疗用途：二氧化碳激光器用于软组织切割，钕激光器和铒激光器用于眼科和皮肤科手术，准分子激光器用于角膜塑形，二极管激光器用于光凝固，其中脉冲操作可实现精确、低附带损伤的组织相互作用。

History

Maiman于1960年制造了第一台激光器，一台脉冲红宝石激光器；Javan及其同事不久后展示了连续氦氖气体激光器，Hall的团队于1962年生产了第一台半导体二极管激光器。随后的几十年里，又增加了二氧化碳激光器、染料激光器、光纤激光器和钛蓝宝石激光器，以及Q开关和锁模技术。

Key figures

• Theodore H. Maiman
• Ali Javan
• Robert N. Hall

Seminal works

• svelto2010
• salehteich2019

Frequently asked questions

连续波激光器和脉冲激光器有什么区别？

连续波激光器发射稳定、恒定功率的光束，而脉冲激光器将其能量集中在短暂的爆发中，实现比其平均功率高得多的峰值功率，适用于需要高强度、短时间曝光的应用。

超短飞秒脉冲是如何产生的？

锁模迫使激光器的许多纵模以固定的相位关系振荡，因此它们相互干涉形成一个极短的脉冲，该脉冲在腔内循环并以规则的序列发射出来。