雷射
雷射是一种光源，但其发光原理不同于一般光源。 一般光源通过“自发发射”发光，而雷射通过“受激发射”发光。 在激发过程中，光子在与电子和空穴相互作用后被快速触发，使原子从高能状态下降到低能状态，并以光的形式释放。 释放的光也会激发其他原子从高能状态下降到低能状态，因此会激发许多光子。[1] 产生的光子将进入谐振腔并来回振荡，形成高亮度相干单色光束，而其他波长的光子将减弱或消失。
雷射应用产业包含平面显示器、太阳能、LED、智慧型手机、安全监控、生医照护、消费性电子产品等，雷射的应用或制程应用如下：
高功率工业雷射应用
金属切割 (Cutting) 焊接 (Welding) 高速标记 (Marking)
微加工雷射应用 钻孔 (Drilling)
划线 (Scribing) 剥除 (Ablation) 剥除 (Ablation) 食品塑胶应用 (Food & Plastics Application)
医疗雷射应用
牙科 (Dentistry) 眼科 (Ophthalmology) 骨科 (Orthopedics)等医疗器材 医学美容 (Medical cosmetic)
消费性雷射应用
感测(Sensing) 图像纪录(Image record) 光通讯(Communication) 光储存(Storage) 影像视觉(Image Vision)
关键零组件及其他应用
平台、Robot与机电控制(Platform、Robot & Electromechanical Control) 雷射光路元件(Laser Optical Component) 配件 (Accessories)
积层制造/3D列印
选择性雷射烧结 (Selective Laser Sintering ) 热熔积成型 (Fused Deposition Modeling ) 立体光固成型 (Stereo Lithography Apparatus ) 3D粉末成型 (3D Printing)
雷射，通常有几个特征：1. 能量强、2. 颜色单一、3. 具同调性(coherence)。
1、强大的能量非常直观。 毕竟，雷射是从光放大开始的。 。
2、单色？ 雷射，发光； 灯泡也发光。 即使发光的颜色看起来很相似，仍然有很大的差异。 光的颜色由波长来描述。 例如，红灯约为633nm。 然而，颜色是人的感觉，而波长是物理的。 我们看到的灯泡的颜色覆盖了一条带子。 例如，红色灯泡的发射波长可以覆盖623nm-643nm； 虽然红光也发出红光，但发射波长非常单一。 633nm就是633nm，永远不会有632nm或634nm。 因此，与其说是单色雷射，不如说发射波长是单色的。
连贯性很难理解。 相干意味著发射的光波非常“干净”。 我们使用水波的类比，水波也是波浪。 假设有一个圆形的湖，湖面平静而不受干扰，在湖中扔一块石头会引起涟漪（如图所示）。 波浪从湖心以同心圆扩散，岸上的观测者可以看到规则的水波。 假设湖面没有干扰，能量传输完美，这种规则的水波总是可以在岸边看到。 此时，观测到的水波具有相干性，这意味著水波非常规则。 但是如果几个放屁的孩子过来，把石头扔到湖里，湖里的水波就会变得凌乱。 我们在岸上看到的波浪是不连贯和不规则的。 我们通常看到，灯泡发出的光是一群放屁的孩子向水中扔石头的结果。 虽然有水波，地震的震级也不小，但没有规则可言。 雷射发出的光波与湖面上的涟漪一样纯净，但涟漪的幅度非常大。
为了更深入地理解波，我们需要引入相位的概念。 波有一个周期，可以定义波长。 由于波会不断重复，我们使用相位来描述波长内相同的相对位置。 起点为0，峰值为π/2，依此类推。 但当中学教育一直用这个概念来引入波动时，我们就会产生一种美丽的错觉，认为光就是美丽的波浪。 但事实并非如此。 我们收到的大部分海浪就像放屁的孩子扔石头一样。 当对现实的理解并不完美时，进一步理解连贯性就会更加清晰。 让我们先简化一下向湖里扔石头的例子，并假设向湖里扔石头无论如何只会产生2秒的波浪。 波浪的连贯性是指美丽的涟漪的出现。 当你今天某个时候在岸上看到波峰时，你知道每2秒，波峰就会再次出现。 4秒、6秒、甚至100秒、102秒是波峰，可以预测相位。 但是没有一种波没有相同的音调。 在今天的某个时间和地点看到峰值后，可能在2秒或4秒后仍然是峰值，但可能是84秒，但你看到了低谷。 你不知道它在中间的什么地方断裂，你也无法预测之后的阶段。[2]
另一个需要澄清的观点是，单波长和相干是两件事。 单个波长的光不一定具有相干性，并且不保证具有相干性的单个波长的光。 对于雷射和普通光源而言，雷射就像湖面上的涟漪，具有单波长和相干性； 一般光源就像扔石头的放屁儿童，具有不同的波长和不同的色调。
同源性有多重要？ 以高中物理中学习的干涉效应为例，只有具有同源性的光才能产生干涉条纹，而没有同源性的光根本不能干涉。 这是因为干扰取决于精确的相位叠加。 如果相位不规则且不可预测，则不会有定期破坏和建设性干扰。
雷射相干在实际应用中有哪些优势？ 我们曾在“集成光路系列VII-光调制器”中介绍了雷射作为通信或计算应用。 这些应用程序在很大程度上依赖于光波的控制，因为0和1是通过破坏性干涉和构造性干涉写入的。 只有准确地确定光的波长和相位，我们才能携带数据或讯号。
在了解了雷射器的基本特性之后，我们将在系列2中介绍如何发射这种特殊的雷射。
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雷射的原理