激光（laser）是“透過受激輻射產(chǎn)生的光放大”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的縮寫，指透過刺激原子導(dǎo)致電子躍遷釋放輻射能量而產(chǎn)生的增強光子束。相較于其他類型的光，激光具有發(fā)散度小、亮度高、單色性好、相干性好等一系列特點，因此被廣泛地運用于工業(yè)制造、信息通訊、生物醫(yī)療、科研軍事等諸多領(lǐng)域，并在社會生產(chǎn)活動中發(fā)揮了極其重要的作用，激光也因此與計算機、原子能和半導(dǎo)體并稱二十世紀(jì)的新四大發(fā)明。

激光器是利用受激輻射原理發(fā)射激光的器件。

泵浦源是激光器的能量供給來源；增益介質(zhì)是激光器的核心，會吸收泵浦源提供的能量并將激光放大；諧振腔是兩面互相平行的鏡子，其作用是把光線在反射鏡間來回反射并多次經(jīng)過增益介質(zhì)，因而在縮短工作物質(zhì)長度的同時還能達到放大激光功率的目的。

通過光、電或其他辦法對物質(zhì)進行激發(fā)，使得其中一部分粒子激發(fā)到能量較高的狀態(tài)，當(dāng)這種狀態(tài)的粒子數(shù)大于能量較低狀態(tài)的粒子數(shù)時，由于受激輻射，物質(zhì)就能對某一波長的光輻射產(chǎn)生放大作用，也就是這種波長的光輻射通過物質(zhì)時，發(fā)射強度會放大，并與入射光波位、頻率和方向一致的光輻射，這種稱為激光放大器。

若把激發(fā)的物質(zhì)放置于共振腔內(nèi)，光輻射在共振腔內(nèi)沿軸線方向往復(fù)反射傳播，多次通過物質(zhì)，光輻射被放大許多倍，形成一束強度大、方向集中的激光，這就是激光振蕩器。

圖1.激光器結(jié)構(gòu)和原理

激光器分類

激光器可以按照泵浦方式、增益介質(zhì)、工作方式、輸出功率、和輸出波長等不同維度進行分類，具體分類方式如下所示：

（1）、按泵浦方式的不同，激光器主要可以分為光泵浦激光器、電泵浦激光器、化學(xué)泵浦激光器、熱泵浦激光器和核泵浦激光器。一般而言，不同類型的泵浦源是與激光晶體不同的吸收波長相適應(yīng)的。

（2）、按照增益介質(zhì)的不同，可以分為液體激光器、氣體激光器和固體激光器（光纖、半導(dǎo)體、全固態(tài)、混合），其中光纖激光器由于增益介質(zhì)較為特殊且占有較高的市場份額，學(xué)術(shù)及生產(chǎn)實踐中一般會將其與其他固體激光器單獨區(qū)分開。目前發(fā)現(xiàn)可做增益介質(zhì)的物質(zhì)有近千種，常見的有摻稀土元素光纖、染料、惰性氣體、二氧化碳、摻釹釔鋁石榴石（YAG）和鈦藍(lán)寶石等。每類增益介質(zhì)激光器具有不同的特點，不同的增益介質(zhì)決定了激光波長等參數(shù)。

固體激光器與光纖激光器是目前市場上應(yīng)用最為廣泛的兩類主流激光器，但兩者的加工特點和應(yīng)用場景有著較大的差異，屬于并行發(fā)展、難以相互替代的兩類不同的技術(shù)路線。整體而言，光纖激光器由于其平均功率高、熱效應(yīng)強的特點，被廣泛地應(yīng)用于宏觀加工領(lǐng) 域的金屬材料切割、焊接、鉆孔、燒結(jié)等；而固體激光器則具有峰值功率高、熱效應(yīng)小、加工精度高的特點，一般主要用于薄性、脆性材料和非金屬材料的精細(xì)微加工領(lǐng)域。

圖2.激光器的分類

（3）、按工作方式的不同，激光器可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。連續(xù)激光器可以在較長一段時間內(nèi)連續(xù)輸出，熱效應(yīng)高。脈沖激光器以脈沖形式輸出， 主要特點是峰值功率高，熱效應(yīng)小；根據(jù)脈沖時間長短，脈沖激光器可進一步 分為長脈沖（毫秒、微秒）、短脈沖（納秒）、超短脈沖（皮秒、飛秒）激光器，一般而言，脈沖寬度越窄、波長越短，可實現(xiàn)的加工精度越高。

（4）、按照輸出功率的不同，可以將光纖激光器分為小功率（0-1kW）、中功率（1kW-3kW）、高功率（3kW-6kW 以上）。而對于主要應(yīng)用在精細(xì)微加工領(lǐng)域的固體激光器，實踐中一般將 10W 以下的歸類為低功率，10W 以上為中高功率。不同功率的激光器適應(yīng)的應(yīng)用場景各不同。

（5）、按輸出波長的不同，激光器可分為紅外激光器、可見光激光器、紫外激光器等。不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)可吸收的光波長范圍不同，因此需要各個波長的激光器應(yīng)用于不同材料的精細(xì)加工。

一組科學(xué)家在時間上創(chuàng)造了“狹縫”，使他們能夠在200多年前首次進行的實驗中通過狹縫發(fā)送光線。在最初的實驗中，科學(xué)家們通過屏幕上的狹縫發(fā)送光線，在整個空間創(chuàng)造出一個獨特的圖案。

不過現(xiàn)在，一組新的研究人員已經(jīng)成功地將這個實驗向前推進了一步。他們沒有在空間中創(chuàng)造“狹縫”，而是使用激光在時間中創(chuàng)造“狹縫”。創(chuàng)建的圖案與最初的實驗相似，并改變了超短激光脈沖的顏色。

據(jù)報道，這些發(fā)現(xiàn)為模擬計算機的進步奠定了基礎(chǔ)。通過使用時間上的“狹縫”，計算機可能能夠讀寫印在光束上的數(shù)據(jù)，而不是依靠數(shù)字比特。研究人員說，這甚至可能允許計算機從它們工作的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)。

這個實驗還有另一種意義，因為它也可以加深我們目前對光的性質(zhì)以及它與材料的基本相互作用如何進行的理解。創(chuàng)建這些“狹縫”的研究結(jié)果發(fā)表在《自然-物理學(xué)》上。

根據(jù)該論文，研究人員利用了銦錫氧化物（ITO），一種可以在大多數(shù)智能手機屏幕中找到的材料?？茖W(xué)家們已經(jīng)了解到，ITO可以通過從透明到反射的變化對光線做出反應(yīng)。然而，他們發(fā)現(xiàn)，它發(fā)生的速度比原來想象的要快得多。

事實上，這種變化發(fā)生在不到10飛秒（10億分之一秒）的時間內(nèi)。這是非常非?？斓?。為了確定為什么變化發(fā)生得如此之快，科學(xué)家們研究了ITO的電子器件如何及時響應(yīng)用于創(chuàng)造“狹縫”的光線的理論。

最初的實驗是在1801年首次展示的。在新的研究中，研究人員重新創(chuàng)造了在原始實驗中看到的干擾。他們使用了一個泵脈沖激光，并將其照射在涂有ITO的屏幕上。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)來自激光的光線擊中ITO的電子時，ITO從透明變成了反射。

同時，他們又向ITO屏幕發(fā)送了一束后續(xù)的探測激光。當(dāng)他們這樣做時，他們看到光束的光學(xué)特性發(fā)生了暫時的變化。這個“時間縫隙”只有幾百飛秒長，但仍然是相當(dāng)大的突破。

這也不是人類第一次找到跨越時間操縱光線的方法。當(dāng)然，這與你在電影中可能看到的穿越時空不太一樣。然而，在這個例子中，這些發(fā)現(xiàn)可能為模擬計算機的新進展打開大門，與我們之前看到的任何東西都不同。