行业视角 | 一文读懂激光原理及应用

博顿导读

说起当今世界热门的研究领域，激光无疑是其中之一。或许大多数人对激光的印象仅停留在光束，炫丽的色彩等层次方面，但激光的世界绝不止想象的那么单调贫乏，接下来请跟进博顿君的脚步，一起领略激光的魅力吧。

什么是激光

激光是一种激光器材受到电极力的作用发射出来的一种光,，由于频率、振动方向、相位高度一致，所以被称为相干光，具有定向发光、亮度极高、颜色极纯、能量密度极大的特点。激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发现，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。

激光的原理

原子受激辐射的光，故名“激光”：原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。被引诱（激发）出来的光子束（激光），其中的光子光学特性高度一致。这使得激光比起普通光源，激光的单色性好，亮度高，方向性好。

激光的发现及发展背景

1917年，爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为 ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。

在此之后人们很长时间都在猜测，这个现象可否被用来加强光场，因为前提是介质必须存在着群数反转(或译居量反转) 的状态。

1958年，美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象：当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了"激光原理"，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光--激光。

1960年5月16日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。

在1980年代后期，半导体技术使得更高效而耐用的半导体激光二极管成为可能，这些在小功率的CD和DVD光驱和光纤数据线中得到使用。

在1990年代，高功率的激光激发原理得到实现，比如片状激光和纤维激光。后者由于新的加工技术和20kW的高功率不断地被应用到材料加工领域中，从而部分的替代了CO2激光和Nd:YAG-激光。

2000年代，激光的非线性得到利用，来制造X射线脉冲（来跟踪原子内部的过程）；另一方面，蓝光和紫外线激光二极管已经开始进入市场。

在2009年，中国研制出一种名为氟代硼铍酸钾(KBBF)的晶体，可用于激发深紫外线激光，一旦成功应用，可令每片光盘的容量超过1TB，亦使半导体上可存储的电路密度大幅提高。

现在，激光器已成为工业，通讯，科学及电子娱乐中的重要设备。

激光技术的应用

激光的应用，按照激光探头是否与激光作用的物质接触，分为接触式和非接触式两种工作模式。激光应用的领域，主要有工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域。工业应用中，主要有材料加工和测量控制；医疗应用，有治疗和诊断。

加工技术：包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：加工系统包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。

加工工艺：激光焊接、激光切割、激光打标、激光打孔、激光热处理、激光快速成型、激光涂敷。

生物应用：2014年6月，美国科学家，开发出了可以快速控制果蝇思想的激光系统。系统名为蝇类思维转换装置，系统通过摄像头追踪有限空间内若干果蝇的动作，研究人员通过向果蝇发射特殊调谐激光，可以触发果蝇大脑内与光热有关的神经通路。

博顿新型离子源产品系列可面向多行业领域，其中包括激光产业，提供纳米级别超高精度多层镀膜等高端微纳加工应用。激光技术的飞速发展为诸多行业应用铺平了道路，它的未来在哪儿？也许只有到未来才可知晓，把握时代机遇，让我们拭目以待！