为何这个看似普通的波长，却能成为驱动高性能激光系统的理想选择。

核心所在：什么是激光泵浦？

要理解808nm的重要性，我们首先需要明白“泵浦”的意义。激光的产生依赖于一个称为“受激辐射”的过程，而实现这一过程的前提，是让激光的“增益介质”（如特定晶体）中的粒子处于一种高能级数量远多于低能级的“粒子数反转”状态。

泵浦，就是利用外部能源，将增益介质中的粒子从低能级“抽”到高能级的过程。 泵浦源的效率和稳定性，直接决定了最终输出激光的功率、光束质量和整体性能。

天作之合：808nm与掺钕晶体的完美匹配

808nm半导体激光器的成功，关键在于它与一类应用最广泛的增益介质——掺钕（Neodymium-doped）固体晶体——实现了堪称完美的“光谱匹配”。

最经典的代表就是Nd:YAG（钕掺杂钇铝石榴石）和Nd:YVO₄（钕掺杂钒酸钇）。这些晶体的物理特性决定了它们对不同波长的光有着不同的吸收效率，这被称为“吸收光谱”。

经过科学研究发现： Nd:YAG和Nd:YVO₄晶体在808nm波长附近，存在一个极窄但非常强烈的吸收峰。

这意味着：

1. 极高的吸收效率： 当808nm的泵浦光照射到这些晶体上时，绝大部分能量都会被精确、高效地吸收，用于激励钕离子（Nd³⁺），能量浪费极少。
2. 更低的热效应： 由于能量被有效利用，转化为无用热能的部分大大减少。这降低了晶体的热透镜效应，确保了输出激光具有更高的光束质量和更稳定的功率。
3. 更高的系统效率： 高效的能量吸收意味着从“墙上插头”（总输入电能）到最终激光输出的整体转换效率（电光效率）显著提升，这在工业应用中意味着更低的能耗和运营成本。

技术革命：半导体泵浦固体激光器（DPSS）的崛起

正是基于808nm半导体激光器与掺钕晶体的完美结合，催生了**半导体泵浦固体激光器（Diode-Pumped Solid-State Laser, DPSS）**的诞生和普及。相比于早期使用氪灯、氙灯等作为泵浦源的技术，DPSS激光器展现出压倒性的优势：

• 长寿命与高可靠性： 工业二极管典型寿命可达万小时量级，远超气体放电灯，且结构坚固，模块化备件更换快，维护需求极低。
• 卓越的光束质量： 精确的泵浦方式使得激光更容易以理想的基模（TEM₀₀）输出，光斑圆润，发散角小，易于聚焦。
• 紧凑的结构设计： 半导体激光器体积小巧，使得整个激光系统的集成化和小型化成为可能。
• 出色的稳定性： 锁波长 + TEC + 合理热设计，可把功率波动压在较低水平，适合批量制造与长期运行。

应用无处不在：从工业制造到前沿科研

由808nm激光泵浦的固体激光器（通常输出1064nm激光），已经渗透到我们生产和生活的方方面面：

• 工业加工： 1064 nm 打标/焊接/切割的“工作马”；绿光（532 nm）通过倍频获取，在金属和非金属材料的激光打标、精密切割、焊接和雕刻领域，微加工/3C 制程常用。
• 医疗领域： 用于外科手术、皮肤美容和眼科治疗等，稳定、可控、维护量低的光源平台。
• 科学研究： 作为稳定可靠的光源，广泛应用于光谱学、非线性光学等前沿研究。
• 消费电子： 广为人知的绿光激光笔（532nm），就是通过将1064nm激光进行倍频处理而产生的，其源头同样是808nm的泵浦光。

工程师的“踩坑清单”

1. 温控优先级 = 一切的前提：给泵浦二极管单独 TEC，传感器贴近发光区；腔体与二极管底座的热路径要短且等温。
2. 锁波长策略：优先选 VBG 锁波长（如 ≤±0.5 nm） 的光纤耦合模块，环境温变与老化更抗。
3. 耦合与模场匹配：泵浦光数值孔径（NA）与晶体端面防反膜设计要配套，避免端面烧伤与热斑。
4. 冗余与维护：量产项目预留光功率冗余（10–20%），并设定 LIV 例检与清洁 SOP。
5. 热管理：量子缺陷是“基础热”，其余热来自吸收不完全、腔内损耗、涂层吸收——别把所有锅都甩给材料。

结论

808nm并非一个随意的数字，它是物理规律与工程智慧的结晶。808nm半导体激光器凭借其与主流增益介质无与伦比的光谱匹配性，成为了开启现代高性能固体激光器大门的“金钥匙”。它不仅是一种光源，更是整个激光产业链中至关重要的基石，为全球的先进制造、医疗技术和科学探索提供了稳定、高效、可靠的核心动力。

在[您的公司名称]，我们深谙此道，并致力于提供最高品质的808nm半导体激光解决方案，助力我们的客户在各自的领域中达到新的高度。

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Nd: YAG激光器的工作介质是掺人奴离子(Nd3+)的钇铝石榴石(Y3 A15012）激活离子是奴离子。Nd: YAG晶体具有非常好的物理性能、化学性能、激光性能和热学性能。Nd: YAG激光器既可以实现脉冲输出，又可以实现连续轴出，输出激光波长为1.06μm。金属，特别是铜、铝等有色金属对此波段的吸收率明显高于CO2激光器的10.65μm激光，因此，特别适合金属材料的加工。

Nd: YAG激光器的基本结构

普通灯泵Nd: YAG激光器的基本结构如图4.5所示，主要由工作物质《Nd: YAG晶体)、聚光腔、光学谐振腔、泵浦源(疝灯或氪灯)、电源系统和冷却系统等部分组成。对于调Q物出的Nd：YAG激光器，腔内还装有Q开关。各部分结构的作用如下。

a.工作物质。固体激光工作物质是激光器的核心部件，通常 Nd: YAG晶体加工成圆柱状棒体，也有做成板条状或圆盘状的。

b.聚光腔。聚光腔的作用是将泵浦光更均匀有效地汇聚到工作物质上,以获得更高的工作效率.聚光腔一般由金属铜或者铝制成,表面镀金或者镀银,根据泵浦灯的数量制成单椭圆腔、双椭圆腔或多椭圆腔。椭圆形聚光腔经常用于晶体尺寸较长的激光器，为降低加工成本和结构紧凑，也有做成图形腔和紧裹形腔的。近年来还出现了陶瓷、聚四氟乙烯等材料材成的漫反射腔，其特点是抗划伤和效率高。

c.光学谐振腔。光学谐振腔由一对平行装在晶体两侧的反射镜组成，其中一个为全反射镜，另一个为部分反射镜，通常称为膜片。光学谐振腔的参数对激光器的输出特性具有重要影响。谐振腔的膜片由光学玻璃或者熔石英多层介质膜制成。

d.泵浦源。Nd: YAG激光器泵浦源主要有缸灯和氪灯，缸灯用于脉冲工作的激光器，氪灯用于连续工作的激光器。

e.电源系统。电源系统为泵浦源提供电能，通过泵浦源将电能转化为光能。用于泵浦激光工作介质。

f.冷却系统。冷却系统的作用是防止激光晶体、泵浦灯、聚光腔温度过高，是Nd: YAG激光器的重要组成部分。特别对于高功率激光器系统，由于Nd:YAG激光器的电光转换效率较低，大量的泵浦光能量转变为热能，造成晶体的热透镜效应等一系列问题，往往会严重影响激光器的正常运行。因而，冷却系统是激光器稳定运行的重要保证。

Nd:YAG固体激光器主要的用途

鉴于Nd:YAG激光晶体具备光学均匀性好、机械性能好、物化稳定性能高、热导性好等特点，目前仍然是固体激光器的不二选择材料，因此广泛运用于工业、医疗、科研、通讯和军事等重点领域。如微波武器、激光测距、激光目标指示、激光探测、激光雕刻、激光加工(包括切割、打孔、焊接及其内雕等)、激光医疗、激光美容等等。

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泵浦通常分为侧面泵浦和端面泵浦，由于端面泵浦的价格优势和可操控性，目前市场上正逐渐取代侧面泵浦。端面泵浦通过808nm激光二极管出射808nm的光源，直接照射在泵浦晶体Nd:YVO4的端面，再通过在Nd:YVO4两端镀膜，形成谐振腔。这样可以使808nm光源充分照射泵浦晶体，提高转化1064nm激光的效率。

Nd:YVO4的吸收峰在808nm附近处较高，这也是多数激光器厂商采用808nm作为1064nm泵浦光源的原因。

二．1064nm倍频532nm部分：

依然是采用端面泵浦，将1064nm的基频光直接照射谐振腔内的KTP晶体端面，1064nm通过倍频晶体进行二倍频（SHG），最终得到532nm的激光。磷酸钛氧钾（KTiOPO4，KTP）是一种性能优良的二倍频晶体。有着非线性光学系数大;接收角大,离散角小; 温度范围和光谱范围宽;光电系数高,介电常数低;抗阻比值大;不吸水,化学、机械性能稳定性等特点。KTP晶体的转换效率大致在50%左右，成本较低。

泵浦晶体和倍频晶体在不同温度下光-光转换效率不同，为了达到合适的转换效率，使532nm激光稳定，则需要对激光腔内进行温度控制（TEC），而对808nm的半导体激光种子光源也需要响应驱动电路使其功率稳定。由于532nm本身是属于光-光转换，因此532nm激光器不适用于自动电流控制（ACC），而是通常采用外接光电探测器，进行自动功率控制（APC）。

二极管泵浦脉冲激光器DPSS应用

激光雷达：

激光雷达（英文：Laser Radar），是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。是采用光电探测技术手段的主动遥感设备。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成。

LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描角度，从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向，就可以准确地计算出每一个地面光斑的坐标X，Y，Z。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲。举例而言，一个频率为每秒一万次脉冲的系统，接收器将会在一分钟内记录六十万个点。

分类：星载激光雷达；机载激光雷达；无人机激光雷达；车载激光雷达；和地基激光雷达

激光除膜：

激光除膜技术正是利用了上述激光的特性从而达到清洗的目的。根据被除膜基体物质与被清除污垢的光学特性，可以将激光清洗机理分为两大类：

一类是利用除膜基片(也称为母体)与表面附着物(污物)对某一波长激光能量的吸收系数具有很大的差别。辐射到表面的激光能量大部分被表面附着物所吸收，从而受热或气化蒸发，或瞬间膨胀，并被形成的气流带动，脱离物体表面，达到除膜目的。而基片由于对该波长的激光吸收能量极小，不会受到损伤。对此类激光除膜，选择合适的波长和控制好激光能量大小，是实现安全高效除膜的关键。

另一类适用于除膜基片与表面附着物的激光能量吸收系数差别不大，或基片对涂层受热形成的酸性蒸气较为敏感，或涂层受热后会产生有毒物质等情况的除膜方法。该类方法通常是利用高功率高重复率的脉冲激光冲击被除膜的表面，使部分光束转换成声波。声波击中下层硬表面后，返回的部分与激光产生的入射声波发生干涉，产生高能波，使涂层发生小范围的爆炸，涂层被压成粉末，再被真空泵清除，而底下的基片却不会损伤。

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白振旭，教授，博士生导师，河北工业大学先进激光技术研究中心副主任、河北省先进激光技术与装备重点实验室副主任。主要从事高功率固体激光器及应用的研究，主持装备发展部领域基金、国家/河北省/天津市自然科学基金等10余项课题。目前为中国光学光电子行业协会激光应用分会青年委员、天津市激光技术学会常务理事、北京光学学会青年工作委员会委员、《中国激光》青年编委、《红外与激光工程》青年编委、《光电技术应用》青年编委。荣获国际光学工程学会Teddi Laurin奖、光学青年科学家竞赛“Rising Stars of Light”一等奖、河北省技术发明二等奖、国家部委“源创杯”创新创意大赛全国总决赛三等奖。在APL Photonics、Optics Letters等期刊发表论文60余篇，授权专利10余项。主持教育部和省级教改项目4项，负责的《固体激光工程》研究生课程被评为河北省研究生课程思政示范课，荣获天津市高校青年教师教学竞赛一等奖、共青团河北省委新时代“冀青之星”等荣誉。

在青编委遴选之前，与白振旭教授的交流已非常频繁。当时白教授发表在《中国激光》的论文《基于空间光腔的高功率布里渊频率梳》被票选为当月最美封面，还因为小编的无知而闹了个笑话——看着无比朝气的微信头像，小编误将白教授当成了一名博士生，不曾想，是高功率激光领域的一名“海龟”青年才俊。歪打正着，我和白教授的交流也日益多了起来，并促成了这次的采访。

我从研究生阶段就一直从事高功率固体激光器的研究工作。在硕士和博士期间，我在导师的指导下牵头研制了多台固体激光器，实现了纳秒和皮秒激光的焦耳量级单脉冲能量、以及百瓦以上平均功率的输出，同时结合非线性光学频率变换技术将研制的激光器波长从近红外拓展至可见光和紫外等波段，并有幸见证研制的激光器成功应用于工业加工、空间碎片探测和医学等领域。

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在固体激光器中，一般以光作为泵浦源，能产生激光的晶体或玻璃被称为激光工作物质。激光工作物质由基质和激活离子两部分组成，基质材料为激活离子提供了一个合适的存在与工作环境，而由激活离子完成激光产生过程。常用的激活离子主要是过渡金属离子，如铬、钻、镍等离子以及稀土金属离子，如钕离子等。表面镀有介质膜的反射镜作为谐振腔镜片，其中一片为全反镜，一片为半反镜。当采用不同的激活离子、不同的基质材料和不同波长的光激励，会发射出各种不同波长的激光。 固体激光器各类及应用

选择哪种激光器更合适？

红宝石激光器

输出的激光波长为694．3nm，光电转换率低，只有0．1％。但其荧光寿命长，有利于储能，可输出较高的脉冲峰值功率，一根笔芯粗细，手指长的红宝石棒产生的激光就可以轻松的产生打穿铁皮。在效率更高的YAG激光器出现之前，红宝石激光器被广泛地用在激光切割、钻孔上。此外，694nm的光极易被黑色素吸收，因此红宝石激光器还被用于色素性病变（皮肤长斑）的治疗。

钛蓝宝石激光器

因其晶体性质，具备较宽的可调谐范围（即可调波长范围），可根据需要，输出660nm－1200nm波长的光。加上倍频技术（能使光的频率翻倍，即波长减半）的成熟，波长范围可扩展到330nm－600nm。钛蓝宝石激光器被用于飞秒分光、非线性光学研究、生成白光、生成太赫兹波等，在医美方面也有应用。

YAG

是钇铝石榴石的简称，该物质是目前综合特性最为优异的激光晶体基质，在掺入钕（Nd）之后可输出1064nm的光，最大连续输出功率可达1000w。早期使用惰性气体闪光灯作为激光器的泵浦源，但闪光灯泵浦方式，光谱范围宽，与激光增益介质吸收光谱重合性差，热负荷较大，造成光电转换率低的后果。因

此现在使用LD（激光二极管）泵浦，可实现激光器的高效率，高功率，长寿命。Nd：YAG激光器可用于血管瘤的治疗，抑制肿瘤生长。但这种激光对组织的热损伤是非选择性的，在凝固瘤体血管的同时，多余的能量也会损伤周围正常的组织，术后容易留下瘢痕。因此，Nd：YAG激光多用于外科、妇科、五官科，而少用于皮肤科。

Yb：YAG，在YAG中掺入镱（Yb），可输出1030nm的光。Yb：YAG的泵浦波长为941nm，与输出波长非常接近，可实现91．4％的泵浦量子效率，伴随泵浦产生的热量则被抑制到10％以内（输入的能量大多数转换为输出激光的能量，少部分变成热，意味着转换效率很高），是Nd：YAG的25％～30％。Yb：

YAG已成为最引人注目的固体激光介质之一，LD泵浦的高功率Yb：YAG固体激光器成为新的研究热点，并被视为发展高效、高功率固体激光器的一个主要方向。

除了上述两种，YAG还可掺入钬（Ho）、铒（Er）等。Ho：YAG可产生对人眼安全的2097nm和2091nm激光，主要适用于光通信，雷达和医学应用。Er：YAG则输出2．9μm的光，人体对这一波长吸收率很高，对激光外科和血管外科有很大的应用潜力。

气体激光器

是利用气体作为增益介质的激光器，一般是对气体放电进行泵浦（与固体激光器大同小异，不再赘述）。气体种类有原子气体（氦氖激光器、惰性气体离子激光器、金属蒸汽激光器）、分子气体（氮气激光器、二氧化碳激光器）、准分子气体，还有通过化学反应提供泵浦能量的特殊气体激光器。气体激光器种类及应用

氦氖激光器（HeNe）

是以75％以上的He和15％以下的Ne的混合气体作为增益介质，根据工作环境不同，可发出绿（543．5nm）、黄（594．1nm）、橙（612．0nm）、红（632．8nm）及三种近红外光（1152nm、1523nm和3391nm），其中红光（632．8nm）最为常用。HeNe激光器输出的光束呈高斯分布，光束质量非常稳定，虽然功率不高，但在精密测量领域有着不俗的表现。

惰性气体激光器

常见的是氩离子（Ar＋）和氪离子（Kr＋）。其能量转化率最高可达0．6％，可长期连续稳定输出30－50w的功率，寿命超过1000h。主要用于激光显示、拉曼光谱、全息、非线性光学等研究领域以及医疗诊断、打印分色、计量测定材料加工及信息处理等方面。

金属蒸汽激光器

以铜蒸气为例。铜蒸气激光器主要输出绿光（510．5nm）和黄光（578．2nm），可达到100w的平均功率和100kw的峰值功率。  其主要应用领域为染料激光器的泵浦源。此外，还可用于高速闪光照相、大屏幕投影电视及材料加工等。

氮分子激光器

以氮气为增益介质，可发射337．1nm 、357．7 nm、315．9 nm的紫外光，峰值功率可达45kw。可作为有机染料激光器的泵浦光源，在激光分离同位素、荧光诊断、超高速摄影、污染检测以及医疗卫生、农业育种等方面也得到广泛应用。由于其短波长更易聚焦得到小光斑，因此还可用于加工亚微米量级的元件。

二氧化碳激光器

所用的增益介质是混了氦气和氮气的二氧化碳，可输出以9．6μm和10．6μm波长为中心的远红外光。二氧化碳激光器的能量转换率高，输出功率可从几瓦到几万瓦，加上极高的光束质量，使得二氧化碳激光器在材料加工、科研、国防及医学方面均有着广泛应用。

准分子

是不稳定的分子，在谐振腔内充入不同稀有气体和卤素气体的混合物而有不同波长的激光产生。常用相对论电子束（能量大于200千电子伏特）或横向快速脉冲放电来实现激励。当受激态准分子的不稳定分子键断裂而离解成基态原子时，受激态的能量以激光辐射的形式放出。在医疗、光通信、半导体显视、遥感、激光武器等领域有着广泛应用。

化学激光器

是一类特殊的气体激光器，即是一类利用化学反应释放的能量来实现粒子数反转的激光器。这类激光器大部分以分子跃迁方式工作，典型波长范围为近红外到中红外谱区。最主要的有氟化氢（HF）和氟化氘（DF）两种装置。前者可以在2．6～3．3微米之间输出15条以上的谱线；后者则约有25条谱线处于3．5～4．2微米之间。这两种器件目前均可实现数兆瓦的输出。由于其能量巨大，一般用于核工程及军事领域。 其他常用激光器种类及应用

     染料激光器

是使用有机染料作为激光介质的激光，通常是一种液体溶液。相比气体的和固态的激光介质，染料激光器通常可以用于更广泛的波长范围内。由于有宽阔的带宽，使得它们特别适合于可调谐激光器和脉冲激光器。但由于其介质寿命短，输出功率受限，基本被钛蓝宝石等波长可调的固体激光器取代。

    半导体激光器

是用半导体材料作为工作物质的激光器，激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。体积小，价格低，效率高，使用寿命长，功耗低，可用于电子信息、激光打印、激光笔、光通信、激光电视、小型激光投影仪、电子信息、集成光学等领域，是最实用最重要的一类激光器。

     光纤激光器

是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔／切割／焊接（铜焊、淬水、包层以及深度焊接）、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，作为其他激光器的泵浦源等等。

  自由电子激光器

是一类不同于传统激光器的新型高功率相干辐射光源，它不需要气体、液体或固体作为工作物质， 而是将高能电子束的动能直接转换成相干辐射能．因此， 也可以认为自由电子激光器的工作物质就是自由电子。它具有高功率、高效率、波长的大范围调谐和超短脉冲的时间结构等一系列优良特性，除了它， 还没有一种激光器能同时具备这些特点。在物理学研究、激光武器、激光聚变、光化学、光通讯等领域均有非常可观的前景。

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光纤激光器散热好，一般风冷即可。半导体激光器受温度影响非常大，当功率较大是，需要水冷。

半导体激光器就是用固体激光材料作为工作物质的激光器。一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成。这类激光器所采用的固体工作物质，是把具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体而制成的。

激光焊接机设备分很多中，其中光纤激光器与半导体激光器同属于激光焊接机设备，同样能给为工业带来便利。在使用的过程中，这两者的特性有哪些呢？那么，这两者之间存在哪里特性方面的比较呢？

光纤激光器的主要特性是：

1、器件体积小，灵活。

2、激光输出谱线多，单色性好，调谐范围宽。并且其性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗小。

3、转换效率高，激光阈值低。光纤的几何形状具有很低的体积和表面积，再加上在单模状态下激光与泵浦可充分耦合。

半导体激光器易与其他半导体器件集成。具有的特性是：

1、可直接电调制

2、易于与各种光电子器件实现光电子集成

3、体积小，重量轻

4、驱动功率和电流较低

5、效率高、工作寿命长

6、与半导体制造技术兼容；可大批量生产

半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导和跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面也有广泛应用。

通过以上的分析，知道光纤激光器与半导体激光器之间的特性比较了吧。类型不同，其的特性也是有所不同。

二、半导体激光器优点

1、晶体的掺杂浓度越大，阈值越小。

2、谐振腔的损耗小，如增大反射率，阈值就低。

3、与半导体材料结型有关，异质结阈值电流比同质结低得多。目前，室温下同质结的阈值电流大于30000A/cm2；单异质结约为8000A/cm2；双异质结约为1600A/cm2。现在已用双异质结制成在室温下能连续输出几十毫瓦的半导体激光器。

4、温度愈高，阈值越高。100K以上，阈值随T的三次方增加。因此，半导体激光器最好在低温和室温下工作。

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就像其名字一眼，CO₂ 激光器使用的是基于二氧化碳的混合气体。这种通常由 CO₂ 、氮气和氦气混合而成的气体通过电激发，以产生激光束。固态激光器分为光纤激光器或盘形激光器，其功率范围与 CO₂ 激光器的类似。与 CO₂ 激光器一样，同名组件对激光活性介质进行了说明，在这种情况下活性介质为光纤或圆盘造型的固态玻璃或晶体。

在 CO₂ 激光器上，激光束由光学装置引导穿过光路，而对于光纤激光器，光束在激活的光纤中产生并通过传导纤维被引导至机器的切割头。除了激光介质不同外，另一最重要的区别在于波长：光纤激光器的波长为 1µm，而 CO₂ 激光器的波长为 10µm。光纤激光器的波长较短，因此在切割钢、不锈钢和铝时的吸收率较高。更好的吸收率意味着对待加工材料的加热更少，这是一大优势。

CO₂ 技术广泛适用于不同种类材料及不同板厚的加工。光纤激光切割设备适用于加工从薄至厚的钢板、不锈钢、铝材和有色金属 (紫铜和黄铜) 板材。

光纤激光器与 CO₂ 激光器相比拥有哪些优点？

CO₂ 激光器切割厚钢板 (碳钢) 时可实现较高的切割质量，而光纤激光器则可实现较高的切割速度和更低的每小时运行成本。相比之下，光纤激光器并不需要像 CO₂ 激光设备那么多的能量 (=多少？)，光纤激光器的电效率最大可达 CO₂ 激光器的 5 倍。此外，光纤激光器的另一特点在于简化了光束路径。还有一个优点是占地面积小：激光功率在 8 至 10 kW 的光纤激光设备所需的占地面积仅为同等级功率水平 CO₂ 激光设备的 20%。

近年来，光纤激光技术发展迅速。但是，除了激光功率和切割速度外，还有更多的因素需要考虑。成功取决于各个不同因素的组合，一切都围绕着核心问题：什么是正确的工艺流程？即使是最强大的机器也仅在充分发掘出其潜力时才是经济的。

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激光器简介

激光器是一种光学振荡器，电学中有RC振荡电路和LC振荡电路，如果你学过电路基础的知识，那么你完全可以将激光器类比成电学的振荡器，激光器也会存在着电学振荡电路中的时间常数，增益特性等等。激光器作为一种光学振荡器，它主要由光学放大器和反馈系统组成，它的基础是受激辐射，激光器在工作时，输出的部分激发光经由反馈系统（在满足一定的位相匹配条件下）回到放大器的输入端，作为放大器的输入信号，如此往复循环实现反馈放大，由于激光器本身存在一定的损耗，当激光器的增益与激光器的损耗相弥补时，达到稳态，激光器输出信号保持不变输出。所以在激光器中光信号发生变化的主要是信号的幅值和位相，二者两者都是频率的函数，因此在激光器本身具有选频的作用，只有合适的频率的光信号才能”存活“下来并得到放大（再稍微解释一下，要想实现光放大并不仅需要幅值被放大，同时也是需要位相能够匹配的，也就是光在谐振腔中往返一周后位相变化只能是2π的整数倍，因此只有既满足幅值放大条件的频率和位相匹配条件的频率才能够到达放大的目的）。

要实现激光振荡，必须满足以下两个条件：a.放大器的小信号增益必须大于整个反馈系统的损耗，也就是说在整个反馈回路中要存在净增益；b.光在振荡器的整个回路中往返一周的总位相偏移量必须是2π的整数倍，只有这样反馈输出信号的位相与原始输入信号的位相刚好相匹配。这两个条件都是非常天然的，无论是光学或者电学的振荡器都是需要满足这样的条件的。在满足这两个条件激光器可以发生振荡后，现在的问题是该考虑一下怎样使得激光器“刹车”，这点也和电学很相似，激光器有着一个最基本的性质——增益饱和机制，也就是随着输出功率的增加，放大器出现饱和现象，与初始状态相比系统的增益逐渐下降，当增益降低到与系统的损耗值相等时，系统达到稳定状态，输出保持恒定。

半导体激光器的结构和工作原理分析

现以砷化镓（GaAs）激光器为例，介绍注入式同质结激光器的工作原理。

　　1．注入式同质结激光器的振荡原理。由于半导体材料本身具有特殊晶体结构和电子结构，故形成激光的机理有其特殊性。

　　（1）半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带（对应较低能量）。与价带最近的高能带称导带，能带之间的空域称为禁带。当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中可以自由运动而起导电作用。同时，价带中失掉一个电子，则相当于出现一个带正电的空穴，这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电作用，统称为载流子。

　　（2）掺杂半导体与p-n结。没有杂质的纯净半导体，称为本征半导体。如果在本征半导体中掺入杂质原子，则在导带之下和价带之上形成了杂质能级，分别称为施主能级和受主能级。

　　有施主能级的半导体称为n型半导体；有受主能级的半导体称这p型半导体。在常温下，热能使n型半导体的大部分施主原子被离化，其中电子被激发到导带上，成为自由电子。而p型半导体的大部分受主原子则俘获了价带中的电子，在价带中形成空穴。因此，n型半导体主要由导带中的电子导电；p型半导体主要由价带中的空穴导电。

　　半导体激光器中所用半导体材料，掺杂浓度较大，n型杂质原子数一般为（2－5）× 1018cm-1；p型为（1－3）×1019cm-1。

　　在一块半导体材料中，从p型区到n型区突然变化的区域称为p-n结。其交界面处将形成一空间电荷区。n型半导体带中电子要向p区扩散，而p型半导体价带中的空穴要向n区扩散。这样一来，结构附近的n型区由于是施主而带正电，结区附近的p型区由于是受主而带负电。在交界面处形成一个由n区指向p区的电场，称为自建电场。此电场会阻止电子和空穴的继续扩散。

　　（3）p-n结电注入激发机理。若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压，p区接正极，n区接负极。显然，正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反，它削弱了自建电场对晶体中电子扩散运动的阻碍作用，使n区中的自由电子在正向电压的作用下，又源源不断地通过p-n结向p区扩散，在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时，它们将在注入区产生复合，当导带中的电子跃迁到价带时，多余的能量就以光的形式发射出来。这就是半导体场致发光的机理，这种自发复合的发光称为自发辐射。

　　要使p-n结产生激光，必须在结构内形成粒子反转分布状态，需使用重掺杂的半导体材料，要求注入p-n结的电流足够大（如30000A/cm2）。这样在p-n结的局部区域内，就能形成导带中的电子多于价带中空穴数的反转分布状态，从而产生受激复合辐射而发出激光。

　　2．半导体激光器结构。其外形及大小与小功率半导体三极管差不多，仅在外壳上多一个激光输出窗口。夹着结区的p区与n区做成层状，结区厚为几十微米，面积约小于1mm2。

　　半导体激光器的光学谐振腔是利用与p-n结平面相垂直的自然解理面（110面）构成，它有35的反射率，已足以引起激光振荡。若需增加反射率可在晶面上镀一层二氧化硅，再镀一层金属银膜，可获得95％以上的反射率。

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