雷射
雷射是一種光源，但其發光原理不同於一般光源。 一般光源通過「自發發射」發光，而雷射通過「受激發射」發光。 在激發過程中，光子在與電子和空穴相互作用後被快速觸發，使原子從高能狀態下降到低能狀態，並以光的形式釋放。 釋放的光也會激發其他原子從高能狀態下降到低能狀態，囙此會激發許多光子。[1] 產生的光子將進入諧振腔並來回振盪，形成高亮度相干單色光束，而其他波長的光子將減弱或消失。
雷射應用產業包含平面顯示器、太陽能、LED、智慧型手機、安全監控、生醫照護、消費性電子產品等，雷射的應用或製程應用如下：
高功率工業雷射應用
金屬切割 (Cutting) 銲接 (Welding) 高速標記 (Marking)
微加工雷射應用 鑽孔 (Drilling)
劃線 (Scribing) 剝除 (Ablation) 剝除 (Ablation) 食品塑膠應用 (Food & Plastics Application)
醫療雷射應用
牙科 (Dentistry) 眼科 (Ophthalmology) 骨科 (Orthopedics)等醫療器材 醫學美容 (Medical cosmetic)
消費性雷射應用
感測(Sensing) 圖像紀錄(Image record) 光通訊(Communication) 光儲存(Storage) 影像視覺(Image Vision)
關鍵零組件及其他應用
平台、Robot與機電控制(Platform、Robot & Electromechanical Control) 雷射光路元件(Laser Optical Component) 配件 (Accessories)
積層製造/3D列印
選擇性雷射燒結 (Selective Laser Sintering ) 熱熔積成型 (Fused Deposition Modeling ) 立體光固成型 (Stereo Lithography Apparatus ) 3D粉末成型 (3D Printing)
雷射，通常有幾個特徵：1. 能量強、2. 顏色單一、3. 具同調性(coherence)。
1、強大的能量非常直觀。 畢竟，雷射是從光放大開始的。 。
2、單色？ 雷射，發光； 燈泡也發光。 即使發光的顏色看起來很相似，仍然有很大的差異。 光的顏色由波長來描述。 例如，紅燈約為633nm。 然而，顏色是人的感覺，而波長是物理的。 我們看到的燈泡的顏色覆蓋了一條帶子。 例如，紅色燈泡的發射波長可以覆蓋623nm-643nm； 雖然紅光也發出紅光，但發射波長非常單一。 633nm就是633nm，永遠不會有632nm或634nm。 囙此，與其說是單色雷射，不如說發射波長是單色的。
連貫性很難理解。 相干意味著發射的光波非常「乾淨」。 我們使用水波的類比，水波也是波浪。 假設有一個圓形的湖，湖面平靜而不受干擾，在湖中扔一塊石頭會引起漣漪（如圖所示）。 波浪從湖心以同心圓擴散，岸上的觀測者可以看到規則的水波。 假設湖面沒有干擾，能量傳輸完美，這種規則的水波總是可以在岸邊看到。 此時，觀測到的水波具有相干性，這意味著水波非常規則。 但是如果幾個放屁的孩子過來，把石頭扔到湖裡，湖裡的水波就會變得淩亂。 我們在岸上看到的波浪是不連貫和不規則的。 我們通常看到，燈泡發出的光是一群放屁的孩子向水中扔石頭的結果。 雖然有水波，地震的震級也不小，但沒有規則可言。 雷射發出的光波與湖面上的漣漪一樣純淨，但漣漪的幅度非常大。
為了更深入地理解波，我們需要引入相位的概念。 波有一個週期，可以定義波長。 由於波會不斷重複，我們使用相位來描述波長內相同的相對位置。 起點為0，峰值為π/2，依此類推。 但當中學教育一直用這個概念來引入波動時，我們就會產生一種美麗的錯覺，認為光就是美麗的波浪。 但事實並非如此。 我們收到的大部分海浪就像放屁的孩子扔石頭一樣。 當對現實的理解並不完美時，進一步理解連貫性就會更加清晰。 讓我們先簡化一下向湖裡扔石頭的例子，並假設向湖裡扔石頭無論如何只會產生2秒的波浪。 波浪的連貫性是指美麗的漣漪的出現。 當你今天某個時候在岸上看到波峰時，你知道每2秒，波峰就會再次出現。 4秒、6秒、甚至100秒、102秒是波峰，可以預測相位。 但是沒有一種波沒有相同的音調。 在今天的某個時間和地點看到峰值後，可能在2秒或4秒後仍然是峰值，但可能是84秒，但你看到了低谷。 你不知道它在中間的什麼地方斷裂，你也無法預測之後的階段。[2]
另一個需要澄清的觀點是，單波長和相干是兩件事。 單個波長的光不一定具有相干性，並且不保證具有相干性的單個波長的光。 對於雷射和普通光源而言，雷射就像湖面上的漣漪，具有單波長和相干性； 一般光源就像扔石頭的放屁兒童，具有不同的波長和不同的色調。
同源性有多重要？ 以高中物理中學習的干涉效應為例，只有具有同源性的光才能產生干涉條紋，而沒有同源性的光根本不能干涉。 這是因為干擾取決於精確的相位疊加。 如果相位不規則且不可預測，則不會有定期破壞和建設性干擾。
雷射相干在實際應用中有哪些優勢？ 我們曾在「集成光路系列VII-光調製器」中介紹了雷射作為通信或計算應用。 這些應用程序在很大程度上依賴於光波的控制，因為0和1是通過破壞性干涉和構造性干涉寫入的。 只有準確地確定光的波長和相位，我們才能攜帶數據或訊號。
在瞭解了雷射器的基本特性之後，我們將在系列2中介紹如何發射這種特殊的雷射。
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雷射的原理