1、激光產生的三要素-泵浦源、工作物質、諧振腔

激光，是一種受激輻射產生的光。從技術原理角度分析，激光產生的三個必要條件包括：粒子的受激輻射、反轉分布以及穩(wěn)定增益。

激光的理論基礎最初在1916年由愛因斯坦提出，簡單地說包括受激吸收和受激輻射兩個過程：在受激吸收過程中，物質中處于低能級E1的粒子受到能量為hv=E2-E1的光子照射而吸收能量躍遷至高能級E2；在受激輻射過程中，處于高能級E2的粒子，受到能量同樣為hv=E2-E1的光子激勵，在躍遷至低能級E1的過程中輻射出一個與入射光子具備完全相同狀態(tài)的光子。經(jīng)過這兩個過程，入射光子數(shù)量獲得成倍增加，光強增大，形成了光放大效應。

基于受激輻射的特性，在持續(xù)有光子射入激勵的情況下，某些物質中的粒子能夠在躍遷至高能級E2之后穩(wěn)定在次高能級E3，被稱之為亞穩(wěn)態(tài)。當這些粒子大量堆積于亞穩(wěn)態(tài)E3并且數(shù)量遠超過處于低能級E1的時候，就形成了物質中粒子數(shù)的反轉分布，使得受激輻射數(shù)量遠大于吸收數(shù)量。

粒子形成反轉分布后，在激勵下不斷輻射出的光子通過諧振腔持續(xù)獲得增益，并在滿足條件后從諧振腔中射出。

基于這一系列反應過程，入射光子最終形成同方向、同頻率的相干光束，使激光具備高亮度、高方向性、高單色性、高相干性的特點。

激光器是激光的發(fā)射裝置，基于激光的產生原理，其核心器件主要包括泵浦源、工作物質和諧振腔三部分。

泵浦源（激光產生的動力源）：

泵浦源在激光器中承擔激勵源的功能，其目的是使工作物質中的粒子處于反轉分布的狀態(tài)，由于受激輻射的光子數(shù)目與入射光子數(shù)目和物質中粒子反轉分布數(shù)目成正比，通過泵浦源的持續(xù)激勵，工作物質中就能夠輻射出大量特征狀態(tài)一致的光子，形成初始的激光。

根據(jù)激勵方式不同，泵浦源主要可以分為電激勵、光激勵、熱激勵和化學激勵，電激勵采用氣體放電或電流、電子束注入等方式進行激勵，常見于氣體激光器、半導體激光器中；光激勵采用光源照射激勵，多用于固體激光器和液體激光器；熱激勵和化學激勵則通過熱能和化學反應進行激勵，這兩種激勵方式比較少見，應用于特定幾種激光器中。

工作物質（受激輻射的主要對象）：

如果說泵浦源是激光產生的驅動力，那么工作物質就是泵浦源的主要鞭策對象，驅使他源源不斷的輻射出光子。由于激光的產生需要物質中粒子具備反轉分布狀態(tài)，所以就要求工作物質存在亞穩(wěn)態(tài)能級，自1960年美國科學家梅曼發(fā)明世界上第一臺激光器至今，已經(jīng)有多種多樣符合條件的工作物質被探索出來，按形態(tài)不同主要可以分為固體、氣體、液體和半導體。按照使用的工作物質種類，激光器相應的也被分為固體、氣體、液體、半導體激光器等。

諧振腔（激光的放大器）：

工作物質通過泵浦源受激輻射出光子后，還需要經(jīng)過一道“增益”環(huán)節(jié)來使發(fā)射出的激光達到一定閾值，諧振腔就在激光器中承擔增益放大的功能。最基礎的諧振腔結構可以理解為平行放在工作物質兩邊的兩面不同的反射鏡，一面反射率為100%，一面則根據(jù)所需要的激光閾值部分透射。由于光強與光子數(shù)密度成正比，初始受激輻射產生的光子通過在諧振腔中來回振蕩不斷穿過工作物質獲得持續(xù)放大，并最終達到符合要求的閾值。

在選用工作物質相同的情況下，諧振腔和泵浦源就成為決定激光器發(fā)射光束的質量、性能的關鍵所在，同時也是激光器的技術核心點。除此之外，激光器中還有耦合器、隔離器、調制器等起到調節(jié)光束方向、頻率等輔助作用的無源器件，共同組成一個完整的激光器裝置。

2、以光纖激光器為首的固體激光器器件占據(jù)市場主流

在激光產業(yè)鏈中，激光器件屬于激光器的上游零部件，從激光器全球市場看，光纖激光器、半導體激光器和全固態(tài)激光器占據(jù)主導地位，其中光纖激光器占全球激光器規(guī)模的近40-50%，傳統(tǒng)的CO2激光器由于功率和轉化率限制市場份額呈逐年下降趨勢，而液體激光器由于性能原因在實際應用中更加少見，所以相應的在器件市場中，以光纖激光器為首的固體激光器用器件占據(jù)主流。

特種光纖：特種光纖是光纖激光器的關鍵原材料，相比于普通光纖在摻雜元素、工作波長、結構和光學性能上都有其特殊性。激光器中常用的特種光纖包括YDF（摻鐿光纖）、GDF（無源匹配光纖）和大芯徑傳能光纖，YDF主要用作光纖激光器的工作物質，通過在光纖纖芯中摻雜稀土元素使其實現(xiàn)光放大效應；GDF主要用作光纖合束器、隔離器以及光纖激光器諧振腔—光纖光柵的原材料；大芯徑傳能光纖則用于泵浦源、合束器和光纖激光器的輸出端，起到激光傳能的作用。