半导体激光器工作原理及基本结构 - 副本 - 副本
半导体激光器的工作原理
半导体激光器的工作原理激光技术在现代科学和工业中起着至关重要的作用，而半导体激光器是其中一种常用的激光器类型。
它通过半导体材料的特殊性质来产生激光光束。
本文将详细介绍半导体激光器的工作原理。
一、激光的基本原理要了解半导体激光器的工作原理，首先需要了解激光的基本原理。
激光是一种特殊的光，与普通的自然光有很大区别。
激光光束具有相干性、单色性和聚焦性等特点，这些特征使得激光在各个领域有广泛的应用。
激光的产生是通过光子的受激辐射过程实现的。
在光学腔中，光子通过与激发状态的原子或分子发生相互作用，被吸收并获得能量。
然后，这些激发的原子或分子会受到外界刺激，由高能级跃迁到低能级，释放出原子或分子的“多余”能量。
这些能量会以光子的形式，经过光放大器的反射和反射，最后通过激光器的输出窗口发出。
这样就形成了一束特殊的激光光束。
二、半导体激光器的结构半导体激光器是利用半导体材料的特性来产生激光的器件。
它的主要结构由正、负型半导体材料组成，通常是p型和n型半导体，中间夹层为n型材料。
具体来说，半导体激光器一般由以下几个关键部分构成：1. 激活层（active layer）：激活层是半导体激光器的核心部分，也是激光的产生和放大的地方。
它由两种半导体材料之间的异质结构构成，通常是由n型和p型材料组成。
当外加电流通过激活层时，会在激活层中产生载流子（电子和空穴）。
2. 波导层（waveguide layer）：波导层是指导激光光束传播的部分，其材料的折射率通常比周围材料低。
通过选择合适的波导层结构，可以实现激光束的单模（TEM00）输出。
3. 管腔（cavity）：管腔是激光器中的一个重要元件，它由两个高反射率镜片构成，将光线限制在波导层中，形成光学腔。
其中一个是部分透射的输出镜，另一个是全反射的输出镜。
管腔的长度决定了激光的波长。
4. 电极（electrodes）：电极主要用于施加电场，控制激光器的开启和关闭。
它们通常位于激光器的两端，通过外接电源提供正向或反向偏置电压。
半导体激光器 原理
半导体激光器原理
半导体激光器是一种基于半导体材料的激光发射装置。
它通过电流注入半导体材料中的活性层，使其产生载流子（电子和空穴）重组的过程中释放出光子。
以下是半导体激光器的基本原理：
1. P-N结构：半导体激光器通常采用P-N结构，其中P区域富含正电荷，N区域富含负电荷。
2. 电流注入：当电流从P区域注入到N区域时，电子和空穴
会在活性层中重组，形成激子（激发态）。
3. 激子衰减：激子会因为与晶格的相互作用而损失能量，进而衰减为基态激子。
4. 辐射复合：基态激子最终与活性层中的空穴重新结合，释放出光子。
这个过程称为辐射复合。
5. 光放大：光子通过多次反射在激光腔中来回传播，与活性层中的激子相互作用，不断放大。
6. 反射镜：激光腔两端分别放置高反射镜和透明窗口，高反射镜可以增加内部光子的反射使其在腔内传播，透明窗口允许激光通过。
7. 激光输出：当达到一定放大程度时，激光在透明窗口处逃逸，形成激光输出。
通过控制电流注入和激光腔的结构设计，可以调节半导体激光器的发射波长、功率等参数，以满足不同应用领域的要求。
半导体激光器
激光振荡的相位条件为
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L= m 或 2nL
2n
m
式中，λ为激光波长，n为激活物质的折射率，m=1, 2, 3 … 称为纵模模数。
在共振腔内沿腔轴方向形成的各种驻波称为谐振腔的纵模。 有2个以上纵模激振的激光器，称为多纵模激光器。通过在光 腔中加入色散元件或采用外腔反馈等方法，可以使激光器只有 一个模式激振，这样的激光器称为单纵模激光器。
On the evening of July 24, 2021
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激光振荡的产生 粒子数反转分布（必要条件)+ 激活物质置于光学谐振腔中，
对光的频率和方向进行选择 = 连续的光放大和激光振荡输出。 基本的光学谐振腔由两个反射率分别为R1和R2的平行反射
镜构成，并被称为法布里-珀罗(Fabry Perot, FP)谐振腔。 由于谐振腔内的激活物质具有粒子数反转分布，可以用它产
受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同， 这种光称为相干光。
自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其 频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种 光称为非相干光。
受激辐射和受激吸收的区别与联系
受激辐射是受激吸收的逆过程。电子在E1和E2两个能级之间 跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件， 即
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解理面
有源区 L
解理面
R1
增益介质
R2
z=0
z=L
法布里－珀罗腔
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半导体激光器资料
半导体激光器资料半导体激光器（Semiconductor Laser）是一种利用半导体材料发射激光的装置。
该装置被广泛应用于通信、医学、材料加工等领域，是20世纪最重要的科技创新之一、本文将介绍半导体激光器的原理、结构、性能及应用。
半导体激光器的工作原理主要是电子复合：当电流通过半导体器件时，正电子与负电子之间发生复合的现象，释放出能量。
这种能量释放通过光的形式，即激光。
与其他类型的激光器不同，半导体激光器的工作原理是基于半导体材料的直接能带结构，可以利用半导体材料的电学性质来控制激光的特性。
半导体激光器通常由以下几个基本部分组成：激活材料、泵浦源、光学腔、输出镜和电流注入结构。
半导体激光器的激活材料一般是由III-V族元素化合物半导体材料构成，如氮化镓（GaN）、磷化铟（InP）等。
泵浦源通常是电流或光，其作用是提供能量给激活材料。
光学腔是由两个平行的半反射镜组成，通过反射来放大光强。
输出镜是腔外的一面镜子，用于将激光从腔中引出。
电流注入结构是用来提供电流给激活材料。
半导体激光器具有许多优点，如体积小、能耗低、效率高、寿命长等。
其小巧的体积使得半导体激光器可以集成到复杂的系统中，例如通信设备中的激光二极管。
能耗低意味着半导体激光器可以在电池供电的移动设备中使用，并且不会过度消耗电能。
高效率使得半导体激光器可以更好地利用能量，输出更强的激光功率。
寿命长意味着半导体激光器的使用寿命较长，不需要频繁更换，从而降低了维护成本。
半导体激光器具有广泛的应用，其中最重要的一项是通信。
半导体激光器可以通过光纤传输大量的数据，提供高速、高带宽的通信。
此外，半导体激光器还可以用于激光打印机、医学设备、材料加工等领域。
例如，半导体激光器可以用于激光雷达、激光治疗器和激光切割机等设备中。
总之，半导体激光器是一种重要的光源装置，具有广泛的应用前景。
通过利用半导体材料的电学性质，可以控制激光的特性，使其具有小巧、高效、长寿命的特点。
半导体激光器的工作原理
半导体激光器的工作原理半导体激光器是一种利用半导体材料电子和空穴的复合辐射出光的设备。
其工作原理涉及多个方面，下面将逐一进行详细阐述并分点列出。
1. PN结和电子空穴复合- 半导体激光器由n型和p型半导体材料组成，它们通过PN结相接。
这种结构形成了电子和空穴之间的吸引力，使它们在结区域中聚集。
- 当外加电源施加在PN结上时，形成电势梯度，导致电子从n型区域向p型区域移动，同时空穴从p型区域向n型区域移动。
这个过程叫做电子空穴复合。
2. 跃迁过程和能带结构- 半导体材料中的能带结构对激光器的工作有重要影响。
能带分为价带和导带，中间是禁带。
- 当电子从价带跃迁到导带时，会释放出一定的能量。
该能量可以以光的形式释放出来，形成激光。
3. 反射镜和激光腔- 半导体激光器使用反射镜在两侧形成一个封闭的光学腔。
这两个反射镜使得光线在腔内反复来回传播。
- 一端的反射镜透过一部分光线，形成激光的输出口；另一端的反射镜完全反射光线，起到增强光线的作用。
这种结构使得激光得以产生和放大。
4. 注入电流和激发载流子- 通过施加电流，能够激发载流子，促进电子和空穴的复合发光。
通常情况下，半导体激光器通过注入电流来实现激发。
- 注入电流可以通过直接通电或者通过外部器件（如激光二极管）提供。
5. 能量密度和共振条件- 半导体激光器需要满足一定的能量密度和共振条件才能产生激射。
能量密度必须高于阈值，使得大量的载流子能够起到放大光的作用。
- 共振条件要求光线在腔内来回传播时，相位与波长保持一致，以增强激光输出。
6. 温度控制和光谱特性- 半导体激光器对温度非常敏感，需要进行精确的温度控制，以维持其稳定性和可靠性。
- 在不同的工作温度下，激光器的发光波长和频率会发生变化，对光谱特性有一定影响。
7. 应用领域和发展趋势- 半导体激光器在通信、医疗、材料加工、光电子学等领域有广泛应用。
- 其发展趋势包括提高功率和效率、扩展工作波长范围、实现更小尺寸化等。
半导体激光器分析PPT课件
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1. 发射波长和光谱特性
峰值波长：在规定输出光功率时，激光器受激 辐射发出的若干发射模式中最大强度的光谱 波长。
中心波长：在激光器发出的光谱中，连接50％ 最大幅度值线段的中点所对应的波长。
半导体激光器（Laser Diode 即LD）
6.3.1 半导体激光器工作原理和基本结构 一、半导体激光器的工作原理
受激辐射和粒子数反转分布 PN结的能带和电子分布 激光振荡和光学谐振腔 二、半导体激光器基本结构 6.3.2 半导体激光器的主要特性 一、发射波长和光谱特性 二、激光束的空间分布 三、转换效率和输出光功率特性 四、 频率特性 五、 温度特性 6.3.3 分布反馈激光器 一、 工作原理 二、DFB激光器的优点
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受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，且比例 系数(吸收和辐射的概率)相等。
如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种物 质时，光强按指数衰减， 这种物质称为吸收物质。
如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物 质时，会产生放大作用，这种物质称为激活物质。
N2>N1的分布，和正常状态(N1>N2)的分布相反，所以称 为粒子(电子)数反转分布。
收） 自发辐射 受激辐射
.
3
E2
初态
E1
E2
hυ=E2-E1
E1
终态
(a) 自发辐射
光子的特点：非相干光
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4
E2
hυ
E1
初态
E2
E1
终态
(b) 受激辐射 光子的特点：相干光
.
5
E2
hυ
E1
初态
E2
半导体激光器的结构和工作原理
半导体激光器的结构和工作原理A semiconductor laser, also known as a diode laser, is a type of laser that uses a semiconductor as the active medium for amplification of light. Semiconductor lasers have a wide range of applications, including in telecommunications, medical technology, and consumer electronics.半导体激光器，也被称为二极管激光器，是一种利用半导体作为光放大的主动介质的激光器。
半导体激光器在电信、医疗技术和消费电子等领域有着广泛的应用。
The structure of a semiconductor laser typically consists of several key components, including the active region, the p-n junction, and the optical cavity. The active region is where the light amplification takes place, usually made of gallium arsenide or other semiconductor materials. The p-n junction serves as the source of carriers for the laser action, while the optical cavity provides feedback for the lasing process.半导体激光器的结构通常由几个关键部分组成，包括活性区、p-n结和光学腔。
半导体激光器工作原理及基本结构
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半导体激光器器件制备
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大片工艺包括：材料顶层光刻腐蚀出条形、氧化层制备光刻、P面和N面 电极制备、衬底减薄。 条形结构：在平行于结平面方向上也希望同垂直方向一样对载流子和光 波进行限制，因此引进了条形结构。 条形结构的优点：
•
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1. 使注入电流限制在条形有源区内，限制载流子的侧向扩散， 使 阈值电流降低； 2. 有源区工作时产生的热量能通过周围四个方向的无源区传递而 逸散，提高器件的散热性能； 3. 有源区尺寸减小了，提高材料均匀的可能性； 4. 器件的可靠性提高、效率提高、远场特性改善。
法布里-珀罗谐振腔
(形成相形成法布里-珀罗 谐振腔 ，两个解理面是谐振腔的反射镜面。在两个端 面上分别镀上高反膜和增透膜,可以提高激射效率. 一定波长的受激光辐射在谐振腔内形成振荡的条件: 腔长=半波长的整数倍 L=m(λ/2n)
增益和阈值电流
增益：在注入电流的作用下，激活区受激辐射不断增 强。 损耗：受激辐射在谐振腔中来回反射时的能量损耗。 包括载流子吸收、缺陷散射及端面透射损耗等。 阈值电流：增益等于损耗时的注入电流。
自发光辐射和受激光辐射
自发光辐射（发光二极管）
当给器件加正向偏压时，n区向p区注入电子，p区向n区注入空 穴，在激活区电子和空穴自发地复合形成电子-空穴对，将多余 的能量以光子的形式释放出来，所发射的光子相位和方向各不相 同，这种辐射叫做自发辐射。
受激光辐射（半导体激光器）
在材料设计时，考虑将p区和n区重掺杂等工艺，使得辐射光严 格在pn结平面内传播，单色性较好，强度也较大，这种光辐射叫 做受激光辐射。
弱折射率波导条形激光器（脊形波导）
特点：在侧向对光波的有一定限制作用，在条形有源区上方腐蚀出 一个脊（宽度大约3~4um)，腐蚀深度大概1.5~2um, 腐蚀一部分 上限制层。由于腐蚀深度较深，在侧向形成一定的折射率台阶， 对侧向光波有较弱的限制作用。
半导体激光器 ppt课件
布
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p(E)1expE( Ef )
(3.3)
kT
式中，k为波兹曼常数，T为热力学温度。Ef 称为费米能 级，用来描述半导体中各能级被电子占据的状态。
在费米能级，被电子占据和空穴占据的概率相同。
一般状态下，本征半导体的电子和空穴是成对出现的，用Ef 位于禁带中央来表示，见图3.2(a)。
在本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体，见图3.2(b)。
半导体激光器（Laser Diode 即LD）
6.3.1 半导体激光器工作原理和基本结构 一、半导体激光器的工作原理
受激辐射和粒子数反转分布 PN结的能带和电子分布 激光振荡和光学谐振腔 二、半导体激光器基本结构 6.3.2 半导体激光器的主要特性 一、发射波长和光谱特性 二、激光束的空间分布 三、转换效率和输出光功率特性 四、 频率特性 五、 6.3.3 分布反馈激光器 一、 工作原理 二、DFB激光器的优点
能量 Eg
导带
Ec Eg/2
Ef
Eg
Eg/2
Ev
价带
Ec
Ec
Ef Eg Ef
Ev
Ev
(a)
(b)
(c)
图 3.2
(a) 本征半导体； (b) N型半导体； (c) P型半导体
能量 Eg
导带
Ec Eg/2
Ef
Eg
Eg/2
Ev
价带
Ec
Ec
Ef Eg Ef
Ev
Ev
在热平衡状态下(a，) 能量为E的能级(b)被电子占据的概(c率) 为费米分
如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种物 质时，光强按指数衰减， 这种物质称为吸收物质。
半导体激光器的结构组成及原理
半导体激光器的结构组成及原理
半导体激光器是一种利用半导体材料产生激光的器件。
它主要由以下几个组成部分构成：
1. 激活区：半导体激光器的激光产生部分，通常由n型和p型半导体材料组成。
当外加电压作用下，电子和空穴在激活区相遇并发生合并，产生激光光子。
2. 波导：激光光子在激活区中产生后，通过波导结构进行引导和放大，形成激光束。
波导通常由高折射率和低折射率交替排列的多层材料组成，以形成光的传播路径。
3. 反射镜：用于反射和放大激光光子的光学元件。
半导体激光器通常采用薄膜反射镀膜技术，在输出端和输入端分别镀有高反射膜和半反射膜，以达到光的反射和放大。
4. 功率控制结构：用于调节半导体激光器输出的光功率。
常见的方法包括调节电流、温度和光子密度等。
半导体激光器的工作原理是基于半导体的能带结构和电子与空穴的复合释放能量的特性。
在激活区的p-n结附近，通过电流注入或电场作用，能带之间的载流子迁移，使得电子和空穴在激活区碰撞并发生复合，释放能量的过程中，激发出的光子产生共振放大，并形成激光束。
半导体激光器具有尺寸小、效率高、调制速度快等优点，广泛应用于通信、激光打印、医疗和材料加工等领域。
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半导体激光器工作原理及结构
注入式半导体激光器 是一种在电流注入下能够发出相干辐射光（相位相同、
波长基本相同、强度较大）的光电子器件。。
半导体激光器工作原理
工作三要素：
受激光辐射、谐振腔、增益大于等于损耗。
自发光辐射和受激光辐射
自发光辐射（发光二极管）
当给器件加正向偏压时，n区向p区注入电子，p区向n区注入空 穴，在激活区电子和空穴自发地复合形成电子-空穴对，将多余 的能量以光子的形式释放出来，所发射的光子相位和方向各不相 同，这种辐射叫做自发辐射。
半导体激光器的应用
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在产业技术上的应用：
1. 光纤通信。光纤通信已经成为当代通信技术的主流。半导体激 光器是光纤通信系统的唯一实用化的光源； 2. 光盘存取。半导体激光器已经用于光盘存储器，其最大优点就 是存储信息量很大。采用蓝、绿激光能够大大提高光盘存储密度； 3. 光谱分析。远红外可调谐半导体激光器已经用于环境气体分析， 监测大气污染、汽车尾气等； 4. 光信息处理。半导体激光器已用于光信息处理系统。表面发射 半导体激光器，二维列阵是光并行处理系统的理想光源，可用于 光计算和光神经网络。 5. 激光微细加工。借助于Q开关产生的高能量超短光脉冲，对集 成电路进行切割、打孔等。
半导体激光器的应用
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在军事上的应用：
1. 激光引信。半导体激光器是唯一能够用于弹上引信的激光器。 激光近炸引信能够准确的确定起爆点，并有很好的电磁干扰能力， 已在多种导弹和炸弹上使用； 2. 激光制导。它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标； 3. 激光测距。主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域； 4. 激光雷达。高功率半导体激光器已用于激光雷达系统。小型激 光雷达已用于常规兵器的自动目标识别和瞄准修正系统、机器人 视觉系统和自主飞行器控制系统。 5. 激光模拟。这是半导体激光器用于军事训练和学习的技术，通 过调节射束的方位来模拟任何武器特征的目的，已经成功的模拟 了步枪、火炮等。
1.可调谐近红外固体激光器 1988年，Petricev等发现4价铬（Cr可掺合到4配价的Mg2SiO4四 方晶格中）Cr∶Mg2SiO4称之为镁橄榄石。镁橄榄石通常被Nd∶YA G激光器泵浦，并且可调 谐在1,1301,367nm之间，以锁模方式输出几瓦的功率。Cr∶YA G也是不主动Q开关含钕激光 器的良好介质。Cr∶LiSA F1988年由Livemor实验室研制成功，主要用于超短脉冲的发生和放 大，具有从780nm990nm可调谐的优点，并有较好的热力学性质。为材料处理、组织消融、 化学和生物过程的快速研究提供了重要的手段。Cr∶LiSA F也可通过腔内倍频蓝光输出和Q开 关用于遥感水蒸汽的检测。 2.可调谐紫外Ce3+激光器 Ce∶LiSA F由于其特有性质，基本的激光物理性质类似于染料激光 器。可被侧面泵浦和端面泵浦，波长在280~320nm之间，可调谐平均功率>100mW。 3.可调谐中红外Cr2+激光器 室温条件下，可调谐中红外固体激光器的发射，由于工作波长较 长和频带较宽，导致了非辐射延迟的增加(将泵浦光转变为热，而不是激光辐射)Cr2+∶ZnSe 激光器首先获得了室温下的可调谐中红外激光发射，并未受到非辐射延迟的晦气影响。这种 材料的吸收和发射光谱显示可用1800nm二极管泵浦提供2,2003,000nm之间的可调谐发射波 长。 4.镱（Yb）激光器 由于Yb∶YA G晶体具有非常低的热载荷（大约是Nd∶YA G晶体的1/3） 用943nmInGaA 二极管端面泵浦就可得到大于150W功率。另外掺镱的氟磷Sr5PO43FYb∶SFA P用900nm激光二极管泵浦可以产生1,047nm激光，输出功率50W。 5.掺钛蓝宝石激光器 掺钛蓝宝石激光器是以TiA l2O3晶体为激光介质的激光器(简称Ti∶S激光 器)具有调谐范围宽、输出功率大、转换效率高、运转方式多样等特点。
半导体激光器的应用
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在产业技术上的应用： 6. 激光报警器。半导体光报警器的用途甚广，包括防 盗窃报警、水位报警、车距报警等； 7. 激光打印机。高功率半导体激光器已经用于激光灯 打印机，采用蓝、绿激光能够大大提高打印速度和分 辨率； 8. 激光条码扫描器。激光条码扫描器已广泛用于商品 的销售以及图书和档案的管理。
增益和阈值电流
增益：在注入电流的作用下，激活区受激辐射不断增 强。 损耗：受激辐射在谐振腔中来回反射时的能量损耗。 包括载流子吸收、缺陷散射及端面透射损耗等。 阈值电流：增益等于损耗时的注入电流。
半导体激光器的分类（材料和波长）
可见光： GaAs衬底 InGaN/ GaAs 480~490nm 蓝绿光 InGaAlP/GaAs 630~680nm AlGaAs/GaAs 720~760nm 近红外长波长： GaAs衬底 AlGaAs/GaAs 760~900nm InGaAs/GaAs 980nm 远红外长波长： InP衬底 InGaAsP/InP 1.3um 1.48um 1.55um 输出激光可以是连续的(CW)、准连续(QCW)的和脉冲(Pulse)的。
半导体激光器的应用
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在医疗和生命科学研究方面应用： 1. 激光手术治疗。半导体激光已经用于软组织切除， 组织接合、凝固和气化。普通外科、整形外科、皮肤 科、泌尿科、妇产科等； 2. 激光动力学治疗。将对肿瘤有亲合性的光敏物质有 选择的聚集于癌组织内，通过半导体激光照射使癌组 织产生活性氧，旨在使其坏死而对健康组织毫无损害； 3. 生命科学研究。使用半导体激光的“光镊”，可以 捕捉活细胞或染色体并移至任意位置，已经用于促进 细胞合成、细胞相互作用等研究。
受激光辐射（半导体激光器）
在材料设计时，考虑将p区和n区重掺杂等工艺，使得辐射光严 格在pn结平面内传播，单色性较好，强度也较大，这种光辐射叫 做受激光辐射。
法布里-珀罗谐振腔
(形成相干光)
垂直于结面的两个平行的晶体解理面形成法布里-珀罗 谐振腔 ，两个解理面是谐振腔的反射镜面。在两个端 面上分别镀上高反膜和增透膜，可以提高激射效率。 一定波长的受激光辐射在谐振腔内形成振荡的条件: 腔长=半波长的整数倍 L=m(λ/2n)
半导体激光器的应用
随着科学技术的发展，目前半导体激光器的功率可以达到很高的水平， 而且光束质量也有很大提高，因此半导体激光器的应用范围日益扩大， 不仅可以作为光纤通信的光源和指示器，以及通过大规模集成电路平面 工艺组成光电子系统;目前已经扩展到下列应用范围:固体激光器的泵浦、 打印、激光医学治疗和卫星通讯等。由于半导体激光器可以通过改变磁 场或调节电流(热效应)实现波长调谐，且已经可以获得线宽很窄的激光 输出，因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究。此外，现在波 长633~635nm的半导体激光器的品种不少，有的质量很好，有可能代替 现有的He-Ne激光器，它可以与打印机、复印机的光导数的光谱性能更 好地匹配，从而促进激光打印机和静电复印机的发展，如果采用适当的 光学系统，进一步改善激光器的光束质量，也有可能使半导体激光器进 入精密计量测试。例如用半导体激光器构成激光干涉仪，例用它的频率 调制特性，可以不用异轨也不数大量干涉条纹就能测量出光程差，从而 可以求出几何长度。总之，半导体激光器随着它本身质量和性能指标提 高，它的应用前景必然是越来越广阔。
固体激光器基本原理及基本结构
聚光腔是使光源发出的光都会聚于工作物质 上。工作物质吸收足够大的光能，激发大量的 粒子，促成粒子数反转。当增益大于谐振腔内 的损耗时产生腔内振荡并由部分反射镜一端输 出一束激光。工作物质有两条主要作用：一是 产生光；二是作为介质传播光束。
固体激光器的分类（工作物质和输出波长）
固体激光器的应用
固体激光器在军事、加工、医疗和科学研究领域有广 泛的用途。它常用于测距、跟踪、制导、打孔、切割 和焊接、半导体材料退火、电子器件微加工、大气检 测、光谱研究、外科和眼科手术、等离子体诊断、脉 冲全息照相以及激光核聚变等方面 。固体激光器还用 作可调谐染料激光器的激励源。 固体激光器的发展趋势是材料和器件的多样化，包括 寻求新波长和工作波长可调谐的新工作物质，提高激 光器的转换效率，增大输出功率，改善光束质量，压 缩脉冲宽度，提高可靠性和延长工作寿命等。
固体激光射的光能，经过聚焦腔，使在固 体工作物质（即在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激 活离子）中的激活粒子能够有效的吸收光能，让工作物质中形成 粒子数反转，通过谐振腔，从而输出激光。 如图所示，固体激光器的基本结构（有部分结构没有画出）。固 体激光器主要由工作物质、泵浦系统、聚光系统、光学谐振腔及 冷却与滤光系统等五个部分组成。
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半导体激光器与固体激光器的比较
半导体激光器和固体激光器都是以固体激光材料作为工作物质的激光器 ； 半导体激光器是电激励，直接把电能转化为光能，转换效率高达50%以上。固体激光器是光 激励，激活粒子需要吸收光能，然后产生受激振荡；半导体泵浦转化效率一般在15%左右， 灯泵浦激励一般在4%左右。 半导体激光器的主要特点是:体积小、重量轻；功率转换效率高；可以通过改变温度、掺杂量、 磁场、压力等实现调谐；其缺点是激光的发散角较大，单色性较差，输出功率亦较小。现在 新型的半导体激光器已经可以达到较大的输出功率，而为了得到更大的输出功率，通常可以 将许多单个半导体激光器组合在一起形成半导体激光器列阵，即在同一片已做好的P一N结的 基片上，用光刻腐蚀方法分成好几个单个器件，或将许多单个激光器排列成一定形状，然后 将它们并联或串联起来。目前已有100WQCW线阵和s000WQCW叠阵(波长780~815五m)的产 品上市。 固体激光器可作大能量和高功率相干光源。红宝石脉冲固体激光器的输出能量可达千焦耳级。 经调Q和多级放大的钕玻璃激光系统的最高脉冲功率达10瓦。钇铝石榴石连续激光器的输出 功率达百瓦级，多级串接可达千瓦。固体激光器运用Q开关技术(电光调制)， 固体激光器可 以得到纳秒至百纳秒级的短脉冲，采用锁模技术可得到皮秒至百皮秒量级的超短脉冲。由于 工作物质的光学不均匀性等原因，一般固体激光器的输出为多模。若选用光学均匀性好的工 作物质和采取精心设计谐振腔等技术措施，可得到光束发散角接近衍射极限的基横模(TEM00) 激光，还可获得单纵模激光。