為什麼要知道雷射的原理？
了解了常見的半導體雷射器、光纖、圓盤、YAGS的區別，在選擇型號的時候也可以多了解一點，同時多說幾句。
文章主要圍繞科普：簡要介紹雷射產生的原理、雷射器的主要結構以及幾種常見的雷射器。
首先：雷射產生的原理。
英文單詞“laser”是“light amplification by stimulated emission of radiation”的縮寫，意思是受激發射的光放大。 最初，“雷射”的中文翻譯直接音譯為“雷射”（這個名字在中國香港和台灣至今仍在使用），後來在科技界領袖錢學森的倡導下，在中國統稱為“雷射”
雷射是由光與物質相互作用產生的，即所謂的受激輻射光放大; 理解受激輻射光放大需要了解愛因斯坦的自發輻射、受激吸收和受激輻射的概念，以及一些必要的理論基礎。
理論基礎1：玻爾模型。
玻爾模型主要提供原子的內部結構，便於理解雷射是如何發生的。 原子由原子核和原子核外的電子組成，電子的軌道不是任意的，電子只有一些確定的軌道，其中最裡面的軌道稱為基態; 如果電子處於基態，那麼它的能量是最低的，如果電子跳出軌道，則稱為第一激發態，第一激發態的能量將高於基態的能量; 外軌道稱為第二激發態;
雷射之所以能發生，是因為在這個模型中電子在不同的軌道上運動，如果電子吸收能量，它們可以從基態執行到激發態; 如果電子從激發態返回基態，它會釋放能量，能量通常以雷射的形式釋放。
理論基礎2：愛因斯坦的受激輻射理論。
2024年，愛因斯坦提出了受激輻射理論，這是雷射和雷射產生的理論基礎：物質的吸收或發光本質上是輻射場與構成物質的粒子相互作用的結果，其核心本質是粒子在不同能級之間的躍遷。 光與物質相互作用有三個不同的過程：自發輻射、受激輻射和受激發吸收。 對於具有大量粒子的系統，這三個過程總是同時存在並且緊密相連。
自發輻射：
如圖所示，高能級E2的電子自發躍遷到低能級E1，發射出能量為HV的光子，HV=E2-E1; 這種與外界無關的自發躍遷過程稱為自發躍遷，自發躍遷發出的光波是自發輻射。
自發輻射的特點：每個光子是獨立的，方向和相位不同，發生時間也是隨機的，屬於混沌非相干光，不是雷射器需要的光，所以雷射器產生過程中要減少這種雜散光，這也是雷射波長產生雜散光的原因之一， 控制好，雷射器的自發輻射比例可以忽略不計，雷射越純淨，比如1060nm，都是1060nm，所以雷射器在吸收率和功率方面會更加穩定。
刺激吸收：
較低能級（較低軌道）的電子在吸收光子後移動到較高能級（高軌道），這一過程稱為受激發吸收。 受激吸收是非常關鍵的，是關鍵的幫浦浦過程之一，雷射的幫浦浦源是提供光子能量，使粒子在增益介質中躍遷，並等待受激輻射到更高的能級來發射雷射。
受激輻射：
當被外來能量的光照射時（HV=E2-E1），高能級的電子被外來光子激發並躍公升到較低的能級（高軌道執行到低軌道），同時發出與外來光子完全相同的光子，這個過程不吸收原來的激發光， 所以會有兩個一模一樣的光子，可以理解為電子吐出之前吸收的光子，這種發光過程稱為受激輻射，而受激發輻射是受激吸收的逆過程。
理論明確後，再構建雷射器就很簡單了，如上圖所示：在材料穩定的正常條件下，大部分電子處於基態，而電子處於基態，而雷射是依賴於和受激輻射的，所以雷射的結構是讓受激吸收先發生， 使電子達到高能級，然後給予激發，使大量的高能電子受到受激輻射，釋放光子，然後就可以產生雷射，接下來引入雷射結構。
雷射器結構：
雷射器結構符合上述雷射產生條件
發生條件及對應結構：
1、有一種提供放大的增益介質作為雷射工作介質，其活性粒子具有適合產生受激輻射的能級結構（主要是將電子幫浦浦到高能級軌道，並能存在一定時間，然後通過受激輻射一口氣釋放光子）;
2.有外部激發源（幫浦浦源），可以將較低能級的電子幫浦浦到較高能級，使雷射的上能級和下能級之間的粒子數量反轉（即高能級的粒子比低能級的粒子多）， 如YAG雷射器的氙燈;
3、有諧振器實現雷射振盪，可增加雷射工作物質的工作長度，遮蔽光波模式，控制光束的傳播方向，選擇性放大受激輻射頻率，提高單色性（保證雷射再次輸出到一定能量）。
對應的結構如上圖所示，是YAG雷射器的簡單結構，其他的會很複雜，但核心是這個，雷射產生過程如圖所示
雷射器分類：一般按增益介質或按雷射能量形式分類。
增益介質分類：
二氧化碳雷射器：二氧化碳雷射增益介質為氦氣和CO2，產生的雷射波長為106um，屬於市面上最早的雷射產品，早期的雷射焊接主要以二氧化碳雷射器為主，目前主要用於非金屬材料（布料、塑料、木材等）的焊接和切割，也用於光刻機上，二氧化碳雷射器不能通過光纖傳輸，走空間光路， 最早的通快比較好，在切割裝置上用得很多;
YAG（釔鋁石榴石）雷射器：使用摻雜釹（ND）或釔（Yb）金屬離子的YAG晶體作為雷射增益介質，發射波長為106um，YAG雷射器可以輸出較高的脈衝，但平均功率較低，峰值功率可達平均功率的15倍，以脈衝雷射器為主，不能實現連續光; 但它可以通過光纖傳輸，同時，金屬材料的吸收率增加，開始應用於高反射材料，首先應用於3C領域;
光纖雷射器：目前市場的主流，以摻鐿光纖為增益介質，波長為1060nm，按介質形狀分為光纖雷射器和盤式雷射器; 光纖以IPG為代表，圓盤以通快為代表。
半導體雷射器：增益介質為半導體PN結，半導體雷射器的波長主要在976nm，目前半導體近紅外雷射器主要用於熔覆，光斑在600um以上，laserline是半導體雷射器的代表性企業。
按能量作用的形式分為：脈衝雷射器（pulse）、準連續雷射器（QCW）、連續雷射器（CW）。
脈衝雷射器：納秒、皮秒、飛秒，這類高頻脈衝雷射器（ns即脈寬）往往能實現高峰值能量、高頻（MHz）加工，用於薄板銅鋁異種材料的加工，以及清洗，利用高峰值能量，能快速熔化母材，作用時間短，熱影響區小， 在加工超薄材料方面具有優勢（05mm以下）;
準連續雷射器（QCW）：由於重複頻率高，占空比低（小於50%），準連續雷射器的脈衝寬度達到50 us-50 ms，QC光纖雷射器彌補了千瓦級連續光纖雷射器和調Q脈衝雷射器之間的差距。 準連續光纖雷射器的峰值功率可高達連續模式操作時平均功率的 10 倍。 QCW雷射器一般有兩種模式，一種是低功率連續焊接，另一種是平均功率10倍的高峰值功率脈衝雷射焊接，可以實現更厚的材料和更多的熱焊接，同時將熱量控制在小範圍內;
連續雷射器（CW）：這是使用最多的，市場上看到的CW雷射器大多是連續雷射器，連續輸出雷射器用於焊接加工，光纖雷射器根據不同的芯徑和不同的光束質量分為單模和多模雷射器，可以適應不同的應用場景。
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2.隨著鋰電池、光伏和雷射的發展，越來越多的工程師開始接觸雷射器，考慮到雷射工藝是一項極其依賴實際操作的技術，而目前市場缺乏相關的習資訊，本文旨在傳播相關雷射工藝應用的相關基礎知識，促進行業的發展。
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