激光器是一種能發(fā)射激光的裝置。按工作介質分，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導體激光器和染料激光器4大類。近來還發(fā)展了自由電子激光器，大功率激光器通常都是脈沖式輸出。

如今，來自法國和匈牙利的研究人員發(fā)明了一種打印激光器的方法。它是如此的便宜、簡單和高效，以至于研究人員認為，激光器的核心部件在每次使用后都可以被處理掉。

“制造激光器芯片的低成本和簡單性，是這項成果的最重要方面。”圣埃蒂安國立高等礦業(yè)學校微電子中心助理教授Sébastien Sanaur介紹說。

Sanaur和同事制造了利用含碳材料將光放大的有機激光器。雖然這類激光器不如那些應用于激光指示器、DVD播放機和光電鼠標的無機激光器普遍，但它們能提供高效光子轉換，具有制造簡單、低成本、波長范圍廣等很多優(yōu)勢。

Sanaur團隊利用噴墨式打印機，制造了成本超低的有機激光器。他們測試了各種可能的噴墨，然后選定一種名為EMD6415的商用噴墨，并將其同染料混合。這種噴墨以小正方形的形式被打印在石英載片上。染色后的噴墨充當了激光器的核心，被稱為增益介質。其將光放大，并產(chǎn)生典型的狹窄、單色激光束。

激光器還需要鏡子將光來回反射，以保持光放大效應的持續(xù)進行。而這是通過增益介質和被稱為激光泵的能量源實現(xiàn)的。

這種新型激光器可被處理掉的部分是被研究人員稱為“激光產(chǎn)生膠囊”的增益介質。據(jù)估測，僅用幾美分便可將其生產(chǎn)出來。和剃須刀中可被替換的刀片一樣，“激光產(chǎn)生膠囊”在磨損后可被輕易換掉。

該研究團隊利用兩種不同染料，產(chǎn)生了從黃色到深紅色的激光輻射。他們預測，其他染料能覆蓋光譜的藍色和綠色部分。

 

激光是怎樣產(chǎn)生的？

除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同。產(chǎn)生激光的必不可少的條件是粒子數(shù)反轉和增益大于損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵（或抽運）源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級的工作介質兩個部分。激勵是工作介質吸收外來能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉創(chuàng)造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等。工作介質具有亞穩(wěn)能級是使受激輻射占主導地位，從而實現(xiàn)光放大。激光器中常見的組成部分還有諧振腔，但諧振腔并非必不可少的組成部分，諧振腔可使腔內的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地縮短工作物質的長度，還能通過改變諧振腔長度來調節(jié)所產(chǎn)生激光的模式（即選模），所以一般激光器都具有諧振腔。

激光器激光工作物質是指用來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉并產(chǎn)生光的受激輻射放大作用的物質體系，有時也稱為激光增益媒質，它們可以是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導體和液體等媒質。對激光工作物質的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級間實現(xiàn)較大程度的粒子數(shù)反轉，并使這種反轉在整個激光發(fā)射作用過程中盡可能有效地保持下去；為此，要求工作物質具有合適的能級結構和躍遷特性。

激光器激勵抽運系統(tǒng)是指為使激光工作物質實現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉而提供能量來源的機構或裝置。根據(jù)工作物質和激光器運轉條件的不同，可以采取不同的激勵方式和激勵裝置，常見的有以下四種。①光學激勵（光泵）。是利用外界光源發(fā)出的光來輻照工作物質以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉的，整個激勵裝置，通常是由氣體放電光源（如氙燈、氪燈）和聚光器組成，這種激勵方式也稱作燈泵浦。②氣體放電激勵。是利用在氣體工作物質內發(fā)生的氣體放電過程來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉的，整個激勵裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學激勵。是利用在工作物質內部發(fā)生的化學反應過程來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉的，通常要求有適當?shù)幕瘜W反應物和相應的引發(fā)措施。④核能激勵。是利用小型核裂變反應所產(chǎn)生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質并實現(xiàn)粒子數(shù)反轉的。

激光器光學共振腔，通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為：①提供光學反饋能力，使受激輻射光子在腔內多次往返以形成相干的持續(xù)振蕩。②對腔內往返振蕩光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①，是由通常組成腔的兩個反射鏡的幾何形狀（反射面曲率半徑）和相對組合方式所決定；而作用②，則是由給定共振腔型對腔內不同行進方向和不同頻率的光，具有不同的選擇性損耗特性所決定的。

 

液體激光器

液體激光器的工作物質分為兩類：一類為有機化合物液體（染料），另一類為無機化合物液體。其中染料激光器是液體激光器的典型代表。常用的有機染料有四類：吐噸類染料、香豆素類激光染料、花菁類染料。

染料激光器多采用光泵浦，主要有激光泵浦和閃光燈泵浦兩種形式。

液體激光器的波長覆蓋范圍為紫外到紅外波段（321nm~1.168um），通過倍頻技術還可以將波長范圍擴展至真空紫外波段。激光波長連續(xù)可調是染料激光器最重要的輸出特性。器件特點是結構簡單、價格低廉。染料溶液的穩(wěn)定性比較差，是這類器件的不足。

染料激光器主要應用于科學研究、醫(yī)學等領域，如激光光譜光、光化學、同位素分離、光生物學等方面。

 

半導體激光器

半導體激光器也稱為半導體激光二極管，或簡稱激光二極管（Laser Diode，LD）。由于半導體材料本身物質結構的特異性以及半導體材料中電子運動規(guī)律的特殊性，使半導體激光器的工作特性具有其特殊性。

半導體激光器是以一定的半導體材料做工作物質而產(chǎn)生受激發(fā)射作用的器件。其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶（導帶與價帶）之間，或者半導體物質的能帶與雜質（受主或施主）能級之間，實現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉，當處于粒子數(shù)反轉狀態(tài)的大量電子與空穴復合時，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導體激光器的激勵方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導體激光器，一般是由砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦（InP）、硫化鋅（ZnS）等等材料制成的半導體面結型二極管，沿正向偏壓注入電流進行激勵，在結平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。光泵式半導體激光器，一般用N型或P型半導體單晶（如GaAS，InAs，InSb等）做工作物質，以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵。高能電子束激勵式半導體激光器，一般也是用N型或者P型半導體單晶如PbS，CdS，ZhO等）做工作物質，通過由外部注入高能電子束進行激勵。在半導體激光器件中，性能較好，應用較廣的是具有雙異質結構的電注入式GaAs二極管激光器。

半導體激光器采用注入電流方式泵浦。

半導體激光器波長覆蓋范圍為紫外至紅外波段（300nm~十幾微米），其中1.3um與1.55um為光纖傳輸?shù)膬蓚€窗口。半導體激光器具有能量轉換效率高、易于進行高速電流調制、超小型化、結構簡單、使用壽命才長等突出特點，使其成為最重要最具應用價值的一類的激光器。

半導體激光器是成熟較早、進展較快的一類激光器，由于它的波長范圍寬，制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發(fā)展快，應用范圍廣，已超過300種，半導體激光器的最主要應用領域是Gb局域網(wǎng)，850nm波長的半導體激光器適用于）1Gh/。局域網(wǎng)，1300nm-1550nm波長的半導體激光器適用于1OGb局域網(wǎng)系統(tǒng)。半導體激光器的應用范圍覆蓋了整個光電子學領域，已成為當今光電子科學的核心技術。半導體激光器在激光測距、激光雷達、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等方面獲得了廣泛的應用，形成了廣闊的市場。

1978年，半導體激光器開始應用于光纖通信系統(tǒng)，半導體激光器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過大規(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng)。由于半導體激光器有著超小型、高效率和高速工作的優(yōu)異特點，所以這類器件的發(fā)展，一開始就和光通信技術緊密結合在一起，它在光通信、光變換、光互連、并行光波系統(tǒng)、光信息處理和光存貯、光計算機外部設備的光禍合等方面有重要用途。半導體激光器的問世極大地推動了信息光電子技術的發(fā)展，到如今，它是當前光通信領域中發(fā)展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源。半導體激光器再加上低損耗光纖，對光纖通信產(chǎn)生了重大影響，并加速了它的發(fā)展。

因此可以說，沒有半導體激光器的出現(xiàn)，就沒有當今的光通信GaAs/GaAlA。雙異質結激光器是光纖通信和大氣通信的重要光源，如今，凡是長距離、大容量的光信息傳輸系統(tǒng)無不都采用分布反饋式半導體激光器（DFB一LD）。半導體激光器也廣泛地應用于光盤技術中，光盤技術是集計算技術、激光技術和數(shù)字通信技術于一體的綜合性技術是大容t高密度、快速有效和低成本的信息存儲手段，它需要半導體激光器產(chǎn)生的光束將信息寫人和讀出。