激光（Laser），它指通過受激輻射放大和必要的反饋，產(chǎn)生準(zhǔn)直、單色、相干的光束的過程及儀器。而基本上，產(chǎn)生激光需要"共振腔"(resonator)、"增益介質(zhì)"(gain medium)以及"激發(fā)來源"(pumping source)這三個要素。

一、原理

原子的運(yùn)動狀態(tài)可以分為不同的能級，當(dāng)原子從高能級向低能級躍遷時，會釋放出相應(yīng)能量的光子（所謂自發(fā)輻射）。同樣的，當(dāng)一個光子入射到一個能級系統(tǒng)并為之吸收的話，會導(dǎo)致原子從低能級向高能級躍遷（所謂受激吸收）；然后，部分躍遷到高能級的原子又會躍遷到低能級并釋放出光子（所謂受激輻射）。這些運(yùn)動不是孤立的，而往往是同時進(jìn)行的。當(dāng)我們創(chuàng)造一種條件，譬如采用適當(dāng)?shù)拿劫|(zhì)、共振腔、足夠的外部電場，受激輻射得到放大從而比受激吸收要多，那么總體而言，就會有光子射出，從而產(chǎn)生激光。

二、分類

根據(jù)產(chǎn)生激光的媒質(zhì)，可以把激光器分為液體激光器、氣體激光器和固體激光器等。而現(xiàn)在最常見的半導(dǎo)體激光器算是固體激光器的一種。

三、構(gòu)成

激光器大多由激勵系統(tǒng)、激光物質(zhì)和光學(xué)諧振腔三部分組成。激勵系統(tǒng)就是產(chǎn)生光能、電能或化學(xué)能的裝置。目前使用的激勵手段，主要有光照、通電或化學(xué)反應(yīng)等。激光物質(zhì)是能夠產(chǎn)生激光的物質(zhì)，如紅寶石、鈹玻璃、氖氣、半導(dǎo)體、有機(jī)染料等。光學(xué)諧振控的作用，是用來加強(qiáng)輸出激光的亮度，調(diào)節(jié)和選定激光的波長和方向等。

四、應(yīng)用

激光應(yīng)用很廣泛，主要有 fiber communication, 激光測距、激光切割、激光武器、激光唱片等等。

五、歷史

1958年，美國科學(xué)家肖洛和湯斯發(fā)現(xiàn)了一種神奇的現(xiàn)象：當(dāng)他們將內(nèi)光燈泡所發(fā)射的光照在一種稀土晶體上時，晶體的分子會發(fā)出鮮艷的、始終會聚在一起的強(qiáng)光。根據(jù)這一現(xiàn)象，他們提出了"激光原理"，即物質(zhì)在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激勵時，都會產(chǎn)生這種不發(fā)散的強(qiáng)光--激光。他們?yōu)榇税l(fā)現(xiàn)了重要論文。

肖洛和湯斯的研究成果發(fā)表之后，各國科學(xué)家紛紛提出各種實(shí)驗(yàn)方案，但都未獲成功。1960年5月15日，美國加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的激光，這是人類有史以來獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上第一個將激光引入實(shí)用領(lǐng)域的科學(xué)家。

1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一臺激光器由誕生，梅曼的方案是，利用一個高強(qiáng)閃光燈管，來刺激在紅寶石色水晶里的鉻原子，從而產(chǎn)生一條相當(dāng)集中的纖細(xì)紅色光柱，當(dāng)它射向某一點(diǎn)時，可使其達(dá)到比太陽表面還高的溫度。

前蘇聯(lián)科學(xué)家H.Γ.巴索夫于1960年發(fā)明了半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)通常由P層、N層和形成雙異質(zhì)結(jié)的有源層構(gòu)成。其特點(diǎn)是：尺寸小，耦合效率高，響應(yīng)速度快，波長和尺寸與光纖尺寸適配，可直接調(diào)制，相干性好。

六、激光的一些主要應(yīng)用方向

（l）激光通信

用光傳遞信息，在今天十分普遍。比如，艦船用燈語通信，交通燈用紅、黃、綠三色調(diào)度。但是所有這些用普通光傳遞信息的方式，都只能局限在短距離內(nèi)。要想把信息通過光直接傳遞到遙遠(yuǎn)的地方，就不能用普通光，而只能動用激光。

那么如何傳遞激光呢？我們知道，電是可以沿著銅線輸送的，但光是不能沿著普通金屬線輸送的。為此，科學(xué)家們研制出來一種能夠傳輸光的細(xì)絲，叫作光導(dǎo)纖維，簡稱光纖。光纖是用特種玻璃材料制成的，直徑比人的頭發(fā)絲還要細(xì)，通常為50～150 微米，而且非常柔軟。

實(shí)際上，光纖的內(nèi)芯是高折射率的透明光學(xué)玻璃，而外面的包皮層則是用低折射率的玻璃或塑料制成。這樣的結(jié)構(gòu)，一方面能使光沿著內(nèi)芯折射前進(jìn)，就像水在自來水管里往前流動，電在導(dǎo)線中往前傳輸一樣，即使千繞百折也沒有什么影響。另一方面，低折射率的包皮層又能阻止光外泄，就像水管不會滲水，電線的絕緣層不會導(dǎo)電一樣。

光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)解決了傳遞光的途徑，但并不是說有了它就可以把任何光都能傳送到很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的地方去。只有亮度高、顏色純、方向性好的激光，才是傳遞信息最理想的光源，它從光纖的一端輸入后，幾乎沒有什么損失又從另一端輸出。因此，光通信實(shí)質(zhì)上就是激光通信，它具有容量大、質(zhì)量高、材料來源廣、保密性強(qiáng)、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，被科學(xué)家們譽(yù)為通信領(lǐng)域的一場革命，是技術(shù)革命中最輝煌的成果之一。