氣體雷射器的特點及其應用

我經常接到電話被諮詢雷射切割、雷射美容、雷射手術和半導體光刻所用的氣體在哪裡可以買到。雷射技術已經走進了我們的方方面面生活，但雷射器種類繁多，其各自波長不同，特性不同，因此所應用的領域也不同。今天，氣體圈子為大家整理出各類氣體雷射器的特點及實際應用情況，僅供參考。

按工作介質不同，雷射器分為固體雷射器、氣體雷射器、染料雷射器、半導體雷射器、光纖雷射器和自由電子雷射器6種。其中固體雷射器和氣體雷射器還有很多細分種類。氣體雷射器是利用氣體作為增益介質的雷射器，一般是對氣體放電進行泵浦。氣體種類有原子氣體（氦氖雷射器、惰性氣體離子雷射器、金屬蒸汽雷射器）、分子氣體（氮氣雷射器、二氧化碳雷射器）、準分子氣體，還有通過化學反應提供泵浦能量的特殊氣體雷射器

氦氖雷射器（HeNe）是以75％以上的He和15％以下的Ne的混合氣體作為增益介質，根據工作環境不同，可發出綠（543．5nm）、黃（594．1nm）、橙（612．0nm）、紅（632．8nm）及三種近紅外光（1152nm、1523nm和3391nm），其中紅光（632．8nm）最為常用。HeNe雷射器輸出的光束呈高斯分布，光束質量非常穩定，雖然功率不高，但在精密測量領域有著不俗的表現。

惰性氣體雷射器常見的是氬離子（Ar＋）和氪離子（Kr＋）。其能量轉化率最高可達0．6％，可長期連續穩定輸出30－50w的功率，壽命超過1000h。主要用於雷射顯示、拉曼光譜、全息、非線性光學等研究領域以及醫療診斷、列印分色、計量測定材料加工及信息處理等方面。

金屬蒸汽雷射器以銅蒸氣為例。銅蒸氣雷射器主要輸出綠光（510．5nm）和黃光（578．2nm），可達到100w的平均功率和100kw的峰值功率。 其主要應用領域為染料雷射器的泵浦源。此外，還可用於高速閃光照相、大屏幕投影電視及材料加工等。

氮分子雷射器以氮氣為增益介質，可發射337．1nm 、357．7 nm、315．9 nm的紫外光，峰值功率可達45kw。可作為有機染料雷射器的泵浦光源，在雷射分離同位素、螢光診斷、超高速攝影、汙染檢測以及醫療衛生、農業育種等方面也得到廣泛應用。由於其短波長更易聚焦得到小光斑，因此還可用於加工亞微米量級的元件。

二氧化碳雷射器所用的增益介質是混了氦氣和氮氣的二氧化碳，可輸出以9．6μm和10．6μm波長為中心的遠紅外光。二氧化碳雷射器的能量轉換率高，輸出功率可從幾瓦到幾萬瓦，加上極高的光束質量，使得二氧化碳雷射器在材料加工、科研、國防及醫學方面均有著廣泛應用。

準分子是不穩定的分子，在諧振腔內充入不同稀有氣體和滷素氣體的混合物而有不同波長的雷射產生。常用相對論電子束（能量大於200千電子伏特）或橫向快速脈衝放電來實現激勵。當受激態準分子的不穩定分子鍵斷裂而離解成基態原子時，受激態的能量以雷射輻射的形式放出。在醫療、光通信、半導體顯視、遙感、雷射武器等領域有著廣泛應用。

化學雷射器是一類特殊的氣體雷射器，即是一類利用化學反應釋放的能量來實現粒子數反轉的雷射器。這類雷射器大部分以分子躍遷方式工作，典型波長範圍為近紅外到中紅外譜區。最主要的有氟化氫（HF）和氟化氘（DF）兩種裝置。前者可以在2．6～3．3微米之間輸出15條以上的譜線；後者則約有25條譜線處於3．5～4．2微米之間。這兩種器件目前均可實現數兆瓦的輸出。由於其能量巨大，一般用於核工程及軍事領域。