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激光器是一種能發(fā)射激光的裝置。按工作介質(zhì)分，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器和染料激光器4大類。近來(lái)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(lái)自法國(guó)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(jiǎn)單和高效，以至于研究人員認(rèn)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(jiǎn)單性，是這項(xiàng)成果的最重要方面。”圣埃蒂安國(guó)立高等礦業(yè)學(xué)校微電子中心助理教授Sébastien Sanaur介紹說(shuō)。

Sanaur和同事制造了利用含碳材料將光放大的有機(jī)激光器。雖然這類激光器不如那些應(yīng)用于激光指示器、DVD播放機(jī)和光電鼠標(biāo)的無(wú)機(jī)激光器普遍，但它們能提供高效光子轉(zhuǎn)換，具有制造簡(jiǎn)單、低成本、波長(zhǎng)范圍廣等很多優(yōu)勢(shì)。

Sanaur團(tuán)隊(duì)利用噴墨式打印機(jī)，制造了成本超低的有機(jī)激光器。他們測(cè)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(dāng)了激光器的核心，被稱為增益介質(zhì)。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(lái)回反射，以保持光放大效應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。而這是通過(guò)增益介質(zhì)和被稱為激光泵的能量源實(shí)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(zhì)。據(jù)估測(cè)，僅用幾美分便可將其生產(chǎn)出來(lái)。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(tuán)隊(duì)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(yù)測(cè)，其他染料能覆蓋光譜的藍(lán)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(zhuǎn)和增益大于損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵(lì)（或抽運(yùn)）源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的工作介質(zhì)兩個(gè)部分。激勵(lì)是工作介質(zhì)吸收外來(lái)能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。激勵(lì)方式有光學(xué)激勵(lì)、電激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)和核能激勵(lì)等。工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級(jí)是使受激輻射占主導(dǎo)地位，從而實(shí)現(xiàn)光放大。激光器中常見(jiàn)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(nèi)的光子有一致的頻率、相位和運(yùn)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(zhì)的長(zhǎng)度，還能通過(guò)改變諧振腔長(zhǎng)度來(lái)調(diào)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(zhì)是指用來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生光的受激輻射放大作用的物質(zhì)體系，有時(shí)也稱為激光增益媒質(zhì)，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(dǎo)體和液體等媒質(zhì)。對(duì)激光工作物質(zhì)的主要要求，是盡可能在其工作粒子的特定能級(jí)間實(shí)現(xiàn)較大程度的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并使這種反轉(zhuǎn)在整個(gè)激光發(fā)射作用過(guò)程中盡可能有效地保持下去；為此，要求工作物質(zhì)具有合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)和躍遷特性。

激光器激勵(lì)抽運(yùn)系統(tǒng)是指為使激光工作物質(zhì)實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而提供能量來(lái)源的機(jī)構(gòu)或裝置。根據(jù)工作物質(zhì)和激光器運(yùn)轉(zhuǎn)條件的不同，可以采取不同的激勵(lì)方式和激勵(lì)裝置，常見(jiàn)的有以下四種。①光學(xué)激勵(lì)（光泵）。是利用外界光源發(fā)出的光來(lái)輻照工作物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的，整個(gè)激勵(lì)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(lì)方式也稱作燈泵浦。②氣體放電激勵(lì)。是利用在氣體工作物質(zhì)內(nèi)發(fā)生的氣體放電過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的，整個(gè)激勵(lì)裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學(xué)激勵(lì)。是利用在工作物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的，通常要求有適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)物和相應(yīng)的引發(fā)措施。④核能激勵(lì)。是利用小型核裂變反應(yīng)所產(chǎn)生的裂變碎片、高能粒子或放射線來(lái)激勵(lì)工作物質(zhì)并實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的。

激光器光學(xué)共振腔，通常是由具有一定幾何形狀和光學(xué)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(xué)反饋能力，使受激輻射光子在腔內(nèi)多次往返以形成相干的持續(xù)振蕩。②對(duì)腔內(nèi)往返振蕩光束的方向和頻率進(jìn)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(gè)反射鏡的幾何形狀（反射面曲率半徑）和相對(duì)組合方式所決定；而作用②，則是由給定共振腔型對(duì)腔內(nèi)不同行進(jìn)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(zhì)分為兩類：一類為有機(jī)化合物液體（染料），另一類為無(wú)機(jī)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(jī)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(zhǎng)覆蓋范圍為紫外到紅外波段（321nm~1.168um），通過(guò)倍頻技術(shù)還可以將波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展至真空紫外波段。激光波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)是染料激光器最重要的輸出特性。器件特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)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(yīng)用于科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，如激光光譜光、光化學(xué)、同位素分離、光生物學(xué)等方面。

 

半導(dǎo)體激光器

半導(dǎo)體激光器也稱為半導(dǎo)體激光二極管，或簡(jiǎn)稱激光二極管（Laser Diode，LD）。由于半導(dǎo)體材料本身物質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異性以及半導(dǎo)體材料中電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特殊性，使半導(dǎo)體激光器的工作特性具有其特殊性。

半導(dǎo)體激光器是以一定的半導(dǎo)體材料做工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用的器件。其工作原理是通過(guò)一定的激勵(lì)方式，在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶（導(dǎo)帶與價(jià)帶）之間，或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)（受主或施主）能級(jí)之間，實(shí)現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導(dǎo)體激光器的激勵(lì)方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵(lì)式。電注入式半導(dǎo)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(dǎo)體面結(jié)型二極管，沿正向偏壓注入電流進(jìn)行激勵(lì)，在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。光泵式半導(dǎo)體激光器，一般用N型或P型半導(dǎo)體單晶（如GaAS，InAs，InSb等）做工作物質(zhì)，以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵(lì)。高能電子束激勵(lì)式半導(dǎo)體激光器，一般也是用N型或者P型半導(dǎo)體單晶如PbS，CdS，ZhO等）做工作物質(zhì)，通過(guò)由外部注入高能電子束進(jìn)行激勵(lì)。在半導(dǎo)體激光器件中，性能較好，應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極管激光器。

半導(dǎo)體激光器采用注入電流方式泵浦。

半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)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€(gè)窗口。半導(dǎo)體激光器具有能量轉(zhuǎn)換效率高、易于進(jìn)行高速電流調(diào)制、超小型化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命才長(zhǎng)等突出特點(diǎn)，使其成為最重要最具應(yīng)用價(jià)值的一類的激光器。

半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類激光器，由于它的波長(zhǎng)范圍寬，制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，已超過(guò)300種，半導(dǎo)體激光器的最主要應(yīng)用領(lǐng)域是Gb局域網(wǎng)，850nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器適用于）1Gh/。局域網(wǎng)，1300nm-1550nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器適用于1OGb局域網(wǎng)系統(tǒng)。半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域，已成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù)。半導(dǎo)體激光器在激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導(dǎo)跟蹤、引燃引爆、自動(dòng)控制、檢測(cè)儀器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，形成了廣闊的市場(chǎng)。

1978年，半導(dǎo)體激光器開(kāi)始應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)，半導(dǎo)體激光器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過(guò)大規(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng)。由于半導(dǎo)體激光器有著超小型、高效率和高速工作的優(yōu)異特點(diǎn)，所以這類器件的發(fā)展，一開(kāi)始就和光通信技術(shù)緊密結(jié)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(jì)算機(jī)外部設(shè)備的光禍合等方面有重要用途。半導(dǎo)體激光器的問(wèn)世極大地推動(dòng)了信息光電子技術(shù)的發(fā)展，到如今，它是當(dāng)前光通信領(lǐng)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(dǎo)體激光器再加上低損耗光纖，對(duì)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(shuō)，沒(méi)有半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)，就沒(méi)有當(dāng)今的光通信GaAs/GaAlA。雙異質(zhì)結(jié)激光器是光纖通信和大氣通信的重要光源，如今，凡是長(zhǎng)距離、大容量的光信息傳輸系統(tǒng)無(wú)不都采用分布反饋式半導(dǎo)體激光器（DFB一LD）。半導(dǎo)體激光器也廣泛地應(yīng)用于光盤技術(shù)中，光盤技術(shù)是集計(jì)算技術(shù)、激光技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)是大容t高密度、快速有效和低成本的信息存儲(chǔ)手段，它需要半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的光束將信息寫人和讀出。