一、激光原理

受激辐射示意简图
激光由激发辐射过程产生。LASER 是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，受激发射（Stimulated emission）是由爱因斯坦1917 年提出，狄拉克1927 年首次实验证明受激发射存在。除受激辐射外另外一种光的发射过程是自发辐射。
受激辐射的原理核心是粒子数反转和能级跃迁。受到激励光子的辐射，处于低能级E1 上的粒子（工作粒子可以是分子、原子、电子、离子以及准分子）跃迁至高能级E2 上，当足够多的粒子受到激发，则会发生粒子数的反转（处于高能级的粒子数量多于处于低能级的电子），此后跃迁至低能级E1并辐射一个能量为E2-E1（=hv），并与激励光子完全相同的光子。
受激辐射与自发辐射最重要的区别在于干涉性。自发发射是粒子在不受外界辐射场情况下的自发过程，自发辐射的光子传播方向和偏振态是无规分布，而受激发射是在外界辐射场控制下的发光过程，受激产能的光子的频率、相位、传播方向和偏振态与外界辐射场完全相同。这也是激光具有方向一致、亮度极高、能量集中的本质原因。
二、激光器的工作原理和结构

激光器光学原理示意简图
激光器是激光的发生装臵，有三大功能部件：泵浦源、增益介质、谐振腔。泵浦源为激光器提供光源，增益介质（也称为工作物质）吸收泵浦源提供的能量后将光放大，谐振腔为泵浦光源与增益介质之间的回路，振腔振荡选模输出激光。
► 泵浦源作为能量源，作用是产生光子对增益介质进行激励。泵浦源发出的光子将增益介质中的粒子从基态泵浦（pump）到高能级，以实现粒子数反转。激励机制包括光学激励（光泵浦）、气体放电激励、化学激励、核能激励；目前泵浦源一般采用高功率半导体激光器（LD），主要作用是完成电能到光能的转化。
► 增益介质用来实现粒子数反转并放大光，同时决定输出激光的波长。增益介质可以采用液体、气体和固体。增益介质的基本要求是在受激后产生光子而不是光热转化，以及增益介质中的粒子需处于相对孤立的状态，才可能发生能级间的跃迁。
► 谐振腔主要起到“储存”、“提纯”激光的作用。谐振腔通常由两块反射镜构成，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。光子在反射镜之间来回反射，不断在增益介质中引起受激辐射，产生高强度的激光。同时，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率/波长、相位和运行方向，而使得激光具有良好的方向性和相干性。
三、激光器的分类

激光器分类
激光器较为常见的分类有四种，即按增益介质、输出功率、工作方式和脉冲宽度区分。
► 按照增益介质（工作物质）：激光器的增益介质包括气体、液体和固定，特定增益介质决定了激光波长、输出功率和应用领域。气体中具有代表性的是CO2 气体激光器，固体中具有代表性的包括红宝石激光器、半导体激光器和光纤激光器、YAG 激光器等。
► 按照输出功率：可以分为小功率（0-100W）、中功率（100-1KW）、高功率（1KW 以上）；但有时也将100-1.5KW 范围内定义为中功率。不同功率的激光器适应的应用场景不同。
► 按工作方式：可分为连续激光器和脉冲激光器。连续激光器可以在较长一段时间内连续输出，工作稳定、热效应高。脉冲激光器以脉冲形式输出，主要特点是峰值功率高、热效应小；根据脉冲时间长度，脉冲激光器可进一步分为毫秒、微秒、纳秒、皮秒和飞秒，一般而言，脉冲时间越短，单一脉冲能量越高、脉冲宽度越窄、加工精度越高。
► 按输出波长：可分为红外激光器、可见光激光器、紫外激光器等。不同结构的物质可吸收的光波长范围不同，例如金属对近红外光吸收率较高。
四、光纤激发器

光纤激光器示意图
光纤激光器是指利用掺稀土元素的玻璃光纤作为增益介质的激光器。光纤激光器一般用光纤光栅作为谐振腔，半导体激光器作为泵浦源，泵浦光从合束器耦合进入增益光纤，在包层内多次反射穿过掺杂纤芯，形成粒子数反转并输出激光。光纤激光器可整体化设计，可靠性高、稳定性好、结构紧凑、制造成本较低。
光纤激光器常被分为脉冲和连续光纤激光器。脉冲激光器整体增速低于中高功率连续激光器，且壁垒较低，国内参与者较多，市场竞争激烈。目前国内厂商产品性能较进口产品相差无几，但价格约为进口产品的一半。
光纤激光器也可分为单模和多模。单模光纤激光器采用单模光纤作为增益介质，只稳定运行基模激光，单激光能量集中、发散角小，在需要高能量密度的激光加工中很有优势，但单模激光器功率一般在2KW以下。多模光纤激光器中同时存在基模和其他高阶模式的激光，因此光束发散、光斑较大、功率更高，比较适合于需要较大加热面积的加工。