雷射種類總覽
雷射通常依增益介質分類。下表整理常見類型的典型波長與特點;實際產品的波長、功率與脈衝特性會因設計而有很大差異,表中數值是常見範圍,不是規格。
| 類型 | 典型波長 | 泵浦方式 | 特點與常見用途 |
|---|---|---|---|
| 紅寶石(Ruby) | 694.3 nm | 閃光燈 | 第一台雷射(1960)。脈衝輸出,現今主要用於歷史與教學。 |
| 氦氖(He-Ne) | 632.8 nm | 氣體放電 | 光束品質好、頻率穩定,用於對準、干涉量測與教學。 |
| 氬離子 | 488 nm、514.5 nm 等 | 氣體放電 | 連續藍綠光,用於光譜、顯示與醫療;效率低、需要水冷。 |
| 二氧化碳(CO₂) | 10.6 μm | 氣體放電 | 效率高、可達高功率,用於非金屬與金屬的切割、焊接與打標;也是 EUV 光源的驅動雷射。 |
| 準分子(ArF、KrF、XeCl) | 193 nm、248 nm、308 nm | 脈衝放電 | 深紫外脈衝,用於光學微影、屈光手術與材料加工。 |
| Nd:YAG | 1064 nm(倍頻 532、355、266 nm) | 閃光燈或半導體雷射 | 固態雷射的代表,常做成 Q 開關的奈秒脈衝,用於打標、微加工與科研。 |
| 摻鐿(Yb)光纖 | 約 1030–1080 nm | 半導體雷射 | 光束品質佳、效率高、免對準,主導千瓦級金屬加工,也用於超快雷射。 |
| 摻鉺(Er)光纖 | 約 1550 nm | 半導體雷射 | 落在光纖通訊窗口與對眼睛較安全的波段,用於通訊、感測與光達。 |
| 摻銩(Tm)光纖 | 約 1.9–2.1 μm | 半導體雷射 | 水的吸收強,用於醫療與塑膠加工。 |
| 鈦藍寶石(Ti:sapphire) | 約 650–1100 nm(可調諧) | 綠光雷射 | 增益頻寬極寬,可產生數十飛秒以下的脈衝,是飛秒科研的主力。 |
| 染料 | 可調諧,依染料而定 | 雷射或閃光燈 | 寬頻調諧的傳統光源,現在多被固態與光參量系統取代。 |
| 半導體雷射二極體 | 約 0.4–2 μm,依材料而定 | 直接電流注入 | 體積小、效率高,用於通訊、感測、光碟與泵浦其他雷射。 |
| 量子級聯雷射(QCL) | 中紅外到太赫茲 | 電流注入 | 波長由量子井設計決定,用於氣體感測與光譜分析。 |
如何選擇
選擇雷射時,通常從應用需要的波長(材料的吸收與光學元件)、脈衝特性(連續、奈秒、皮秒、飛秒)、功率或脈衝能量、光束品質,以及成本與維護這幾個面向決定。同一個用途常有多種可行的雷射,例如金屬切割,CO₂ 與光纖雷射都能做,近年光纖雷射因為效率與維護優勢,佔了多數。
另一個要分清楚的觀念:波長只由增益介質與腔的設計決定,並不是功率大的雷射就能任意換波長。想得到別的波長,常見做法是倍頻、和頻,或使用光參量振盪器(OPO)做非線性轉換。