光纤激光切割机中的激光器基本构成

一个常规的光纤激光切割机激光器包括三部分：工作物质，泵浦源和光学谐振腔。

1． 工作物质工作物质是产生激光的物质基础，是激光器的核心部分，是用来实现粒子数反转并产生受激辐射的物质体系．工作物质的分类方式通常有两种：一种是根据工作物质的存在形态分类，工作物质可以分为气体、固体、液体及半导体等；另一种是根据速率方程理论分析产生激光的过程所适用的能级结构，可以分为三能级系统、四能级系统等。

在气体激光器中产生光纤激光切割机激光的粒子为气体分子或原子，在固体激光器中，掺有少量过渡金属离子或稀土离子的晶体或玻璃为工作物质，掺杂离子为工作粒子，经外界能量泵浦产生粒子数反转后可产生受激辐射，晶体和玻璃为基质材料。

液体激光器其工作物质的存在形态为液体，常见的有染料激光器，其工作物质为染料溶解于溶剂中组成的溶液，染料分子为工作粒子，溶剂相当于基质。半导体激光器的工作物质为半导体，虽然半导体为固体，但是由于半导体激光器粒子数反转的形成机理与普通固体激光器有本质的不同，所以一般不将二者归为一类。

2． 泵浦源是为实现粒子数反转提供能量的装置。根据激励时利用的能量形式，泵浦方式有放电激励、光激励、热能激励、化学能激励等。

气体放电激励是气体激光器常用的一种激励方式，其激励机理是利用在高电压下，气体分子电离导电，与此同时气体分子（或原子、离子）与被电场加速的电子碰撞，吸收电子能量后跃迁到高能级，形成粒子数反转；除此以外，还可以利用电子枪产生的高速电子去泵浦工作物质，使之跃迁到高能级称为电子束激励；半导体激光器靠注入电流泵浦，称为注入式泵浦。

光激励是利用光照射工作物质，光纤激光切割机工作物质吸收光能后产生粒子数反转。光激励的光源可采用高效率、高强度的发光灯，太阳能或激光。固体激光器和液体激光器常用光激励方式。

热能激励是用高温加热的方式使高能级上气体粒子数增多，然后突然降低气体温度，因为高低能级热弛豫时间不同，低能级弛豫时间短，高能级弛豫时间长，从而实现高低能级间粒子数反转。

化学能激励利用化学反应过程中释放的化学能将粒子泵浦到上能级，建立粒子数反转。化学激励不像前述的放电激励、光激励和热激励在工作时，需要用外界能源，因此在某些特殊的缺乏电源的地方，化学激光器可以发挥其光纤激光切割机特长。

3． 光学谐振腔光学谐振腔（简称光腔）是产生激光的外在条件，是激光器的重要组成部分。最简单的光学谐振腔是在激活介质两端恰当放置两个镀有高反射率材料的反射镜构成。激光所具有的髙方向性、高单色性、高相干性和高亮度的特点，光纤激光切割机是与光学谐振腔密不可分的。

光学谐振腔具有正反馈和选模的双重作用。所谓正反馈，即初始光强在反射镜间往返传播，等效于增加激活介质的长度，最终可保证得到一个确定大小的光强。所谓选模，即控制腔内振荡光束的特性，使腔内建立的光纤激光切割机振荡被限制在腔所决定的少数本征模式中，从而提高单个模式内的光子数，获得单色性好、方向性好的强相干光。

激光是一种电磁波，激光器的光学谐振腔将该电磁波约束在空间的有限范围内，根据 Maxwell 电磁场理论，在一定的空间范围内只能存在系列分裂的电进波的本征态，这些本征态为光学谐振腔的模式，激光模式也就是光腔内可以区分的电迸波本征态，由腔的结构决定。

审核编辑 黄昊宇