根据工作物质物态的不同，可把激光器分为以下几大类：

（1） 固体激光器（晶体和玻璃），这类激光器所采用的工作物质是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的。

（2） 气体激光器，它们所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激辐射作用的工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等。

（3） 液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液，其中金属离子（如Nd3+）起工作粒子的作用，而无机化合物液体（如SeOCl2）则起基质的作用。

（4） 半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激辐射作用的，其原理是通过一定的激励方式（电注入、光泵或高能电子束注入），在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激辐射作用。

（5） 自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。

在下面的章节中，我们将主要介绍固体激光器、半导体激光器和激光二极管阵列这几个方面的内容。

2.3.2.1 固体激光器

固体激光器是用固体激光材料作为工作物质的激光器。1960年，T. H. 梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器。固体激光器一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成，结构如图2.7所示。

固体激光器的工作物质，由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。用作晶体类基质的人工晶体主要有：刚玉（NaAlSi2O6）、钇铝石榴石（Y3Al5O12）、钨酸钙（CaWO4）、氟化钙（CaF2）以及铝酸钇（YAlO3）、铍酸镧（La2Be2O5）等。用作玻璃类基质的主要是优质硅酸盐光学玻璃，例如常用的钡冕玻璃和钙冕玻璃。

固体激光器以光为激励源。常用的脉冲激励源有充氙闪光灯，连续激励源有氪弧灯、碘钨灯和钾铷灯等。在小型长寿命激光器中，可用半导体发光二极管或太阳光作激励源。一些新型的固体激光器也有采用激光激励的。固体激光器可作大能量和高功率相干光源。红宝石脉冲激光器的输出能量可达千焦耳级，经调Q和多级放大的钕玻璃激光系统的最高脉冲功率达10 W。钇铝石榴石连续激光器的输出功率达百瓦级，多级串接可达千瓦。

Nd3+：YAG固体激光器的输出波长为1.064 μm，为近红外光，是常用的固体激光器之一。用于激光点火的固体激光器的工作原理如图2.8所示，通过电光源（氙灯）将电容器储存的能量转换成光能，再由光能泵浦激光工作物质。所以供电电路中需要DC-DC逆变器将低压直流电提升到高压直流电向电容器充电。在DC-DC逆变器提升电压的电源电流向储能电容充电后，输入安保（S＆A）信号打开保险，发火信号输入，通过触发电路触发灯管。电容向灯管放电并且辐射出泵浦光，导致激光工作物质受激发光，并且辐射出激光。固体激光器样品如图2.9所示。

图2.7　固体激光器结构

图2.8　固体激光器工作原理

图2.9　固体激光器

由于固体激光器能够产生较高功率或高能量密度的激光脉冲，可以实现多点同步点火或起爆，但是体积、质量和成本都比较高，不能适应战术武器的需求。

2.3.2.2 半导体激光器

二极管激光器也称半导体激光器或激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟（InP）、硫化锌（ZnS）等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。二极管激光器件可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。

二极管激光器的工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。二极管激光器的结构如图2.10所示。几种不同的二极管激光器如图2.11所示。

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图2.10　激光二极管的结构

图2.11　半导体激光器

半导体激光器的常用参数：波长、阈值电流Ith、工作电流Iop、垂直发散角θ⊥、水平发散角θ∥、监控电流Im。

（1） 波长：激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635 nm、650 nm、670 nm，激光二极管690 nm、780 nm、810 nm、860 nm、980 nm等。

（2） 阈值电流Ith：激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10 mA以下。

（3） 工作电流Iop：激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。

（4） 垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15°～40°。

（5） 水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6°～10°。

（6） 监控电流Im：激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。

图2.12所示为用于为二极管激光器提供电流激励的电路。为了保证激光点火系统满足宽范围的电源工作需要和系统稳定性，在电路中设置了两个稳压器，保证两路独立的半导体激光器供电和控制器供电[6]。常用的激光二极管样品如图2.13所示。表2.1所示为激光主要的性能参数。

图2.12　激光二极管工作原理框图

图2.13　激光二极管样品

表2.1　激光主要性能参数

二极管激光器具有体积小、质量轻、运转可靠、耗电少、效率高等特点。因此，半导体激光器是激光点火与起爆系统中最有生命力的激光器，其发展非常迅速。近年来，激光二极管的体积迅速下降，性能大大提高，成本不断降低，其连续功率为1 W或更高。用这种激光器不仅可以对敏感火工品点火，而且可以起爆装药为黑索今（RDX）、六硝基（HNS）、奥克托金（HMX）的钝感火工品。

2.3.2.3 激光二极管阵列

将多个激光二极管集成在一个单元内，从而可以对口径较大的战斗部或发动机进行多点同步起爆或点火。图2.14所示为几种激光二极管阵列样品。

图2.14　激光二极管阵列样品

二极管阵列的光谱特性，包括中心波长、发射线宽和波长随温度的漂移，在用于泵浦固体激光器时很重要。