1、光的产生
原子由原子核和绕核运动的电子组成，这些电子在特定的能级上运动，在同一能级上运动不带有能量的转换。而当电子在不同的能级之间运动时，会伴随着能量的吸收和释放，这种现象称之为原子跃迁。光的产生来源于分子或原子的能级跃迁。
具体而言，当电子在低能级吸收能量，会跳跃至更高的一个能级（吸收跃迁/原子激发），之后从这个更高的能级回到基态的过程中（辐射跃迁/自发辐射），会释放出能量，这种能量是以光子形式释放的，也即是产生了光。不同能级之间的差距越大，则产生的光频率越高。
光的产生来源于分子或原子的能级跃迁
2、激光的产生
激光是“受激辐射的光放大”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation——LASER）的缩写，不同于光的自发辐射，激光束的产生来源于受激辐射。受激辐射的基本过程为：当一个具备特定的能量光子A打到激发态的原子时，会激发一个电子下降到低能级，从而辐射出另一个光子B，之后A、B两个光子一起向前传播。其中产生受激辐射的条件为：光子A的能量刚好等于产生光子B的电子跃迁之间的能级的能量差，因此其是一个共振过程。受激辐射后，一个光子变成了两个，因此光被“放大”了，也即是产生了激光光束。
激光光速产生来源于受激辐射
由于产生的新光子B和原来的光子A具备相同的频率、相位、运动方向，因此激光束具备比普通光更加优良的性质，具体体现在以下四个方面：1高能量密度：受激辐射前可以将一个光子变为两个，而这些新光子又可以引起新的受激辐射，因此进一步放大光束，最后得到的激光光束更加稠密，也因此具备了更高的能量密度。2单色性：激光束中的所有光子频率、波长均是一致的。3相干性：激光束中的所有光子具备相同的相位，因此相互之间步调是一致的。所有有着相位一致关系的波列即构成了相干的激光。4单一方向：激光束中的所有光子运动方向相同并且相互平行，因此激光束较为紧密且发散很小，可以很容易地控制激光束并让能量聚焦。
3、激光器
激光器是指激光的发生装置，是激光加工设备的核心部件。
（1）激光器的构成
根据激光的形成原理，除自由电子激光器外，传统激光器的基本组成主要包括三个部分：激光泵浦源、增益介质、谐振腔。
l 激光泵浦源
激光泵浦源（又叫激励装置/激励抽运系统）为激光器的光源，在激光产生过程中提供能量。作用是对增益介质进行激励，将激活粒子从基态抽运到高能级，以实现粒子数反转。
目前常见的泵浦方法主要有光泵浦（又叫灯泵浦）、电泵浦、化学泵浦、气动泵浦、激光器泵浦，其中光泵浦和电泵浦应用最为广泛。光泵浦由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成；放电泵浦通常由气体放电电极和放电电源组成；化学泵浦通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施；激光器泵浦是由某种激光器作为泵浦源的泵浦方式。
| 光泵浦 | 电泵浦 | 激光器泵浦 | |
成本 | 低 | 低 | 高 |
效率 | 中 | 低 | 高 |
功率 | 低 | 高 | 中 |
材料选择 | 无限制 | 有限制 | 无限制 |
不同泵浦源比较
半导体泵浦实物图（非闪光灯泵浦）
l 增益介质
增益介质（又叫增益媒质/工作物质/工作介质）是指实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的工作物质，许多气体（原子气体、离子气体、分子气体）、固体（晶体、玻璃）、液体、半导体都可以作为激光的增益介质。能作为增益介质的物质需要满足的条件是具备粒子数反转，具体来说就是增益介质中处于上能级的原子或分子的数目需要超过处于下层能级的原子或分子的数目，这样产生辐射的可能性才大于被吸收的可能性，从而使激光束放大而不是激光束变弱。
各类固体增益介质实物图
l 谐振腔
谐振腔（又叫光学共振腔）是泵浦源和增益介质之间的回路，作用是产生高质量高能量的激光输出。由于光子在增益介质中产生之后是以随机的方向运动，如果不对其方向加以限制，得到的只是普通的光束，因此需要加上谐振腔来限制方向，保证输出的激光具有定向性；对腔内往返振荡光束的频率进行限制，以保证输出激光具有一定的单色性；谐振腔还能使光子来回反射，以形成相干的持续振荡；使受激辐射连续进行并不断给光子加速，从而产生高能量的能量输出。同时，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的输出模式（即选模：单模、多模），从而实现不同的应用。
谐振腔有许多种不同的设计，有的只有两面镜片构成的简单腔、也有由数十面镜片构成的复杂谐振腔。光纤激光器中则采用光纤光栅作为谐振器，光纤光栅作用是使得特定波长的光不能通过，而其余波长的光透过光栅继续传播，是一种无源滤波器件。
图8：谐振腔原理示意图
l 其他结构
除了以上三个基本的组成组件以外，激光器还包括其他众多光无源器件。以光纤激光器为例，其还包括传输激光的光纤、隔离器、合束器、分束器/耦合器、激光输出头QBH、准直镜等：
隔离器：隔离器只允许光在一个方向通过，在相反方向中阻挡光通过。因此在光纤激光器中，隔离器可以用来避免光路中的回波对光源、泵浦源以及其他发光器件造成干扰或损伤。隔离器是激光器的重要组件，是用来处理高反的方案，防止高反激光损坏激光器。如果用激光设备切割或焊接的材料是高反材料，则隔离器至关重要。当激光被高反材料反射回来时，QBH里的小隔离器会将激光隔离，若QBH的隔离器不能完全隔离反射激光，则激光器里的大隔离器会再行隔离。
合束器：合束器是光纤与光纤之间进行可拆卸连接的器件，通过光纤精密搭接技术，使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合到接收光纤中去，并同时使得对系统造成的影响减到最小。
分束器/耦合器：将一根光纤内的信号按照波长、偏振等特性，将信号能量重新分配到不同光纤内。
激光传输组件
激光输出头QBH
（2）激光器工作原理梳理（举例）
在工作状态下，增益介质通过吸收泵浦源提供的能量，经谐振腔振荡选模输出激光。
常见激光器结构（此结构谐振腔为两面镜片构成的简单腔）
典型光纤激光器光学系统（光纤光栅即是光纤激光器的谐振腔）
光纤激光器的详细结构图
（3）激光器成本构成（举例）
以锐科激光的光纤激光器为例，成本结构中，光学系统占比最大约为65%，其中泵浦源、掺杂光纤合计成本占比超过50%。
2017年锐科激光光纤激光器成本构成
（4）激光器分类
按照增益介质的不同：液体激光器、气体激光器、半导体激光器、固体激光器（光纤激光器属于新一代固体激光器的一种，具有光电转换效率高、结构简单、光束质量好等特点）； 按照震荡波长范围不同：远/中/近红外激光器、可见激光器、近紫外激光器；
按照震荡运转方式不同：连续激光器、可调谐激光器、脉冲激光器（根据脉冲时间差异又分为：毫秒、微秒、纳秒、皮秒、飞秒激光器）；
按照发射功率的不同：高功率激光器（平均功率大于1000w）、中功率（平均功率在100w-1000w）、低功率激光器（平均功率100w以下）。
图15：激光器不同分类标准如下（代表）
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