激光器分类方法很多。按工作物质可分为气体、液体、固体和半导体激光器。

　　1.气体激光器

　　气体激光器的工作物质是气体，其中有各种惰性气体原子、金属蒸气、各种双原子和多原子气体，以及气体离子等。

　　气体激光器通常是利用激光管中的气体放电过程来进行激励的。光学共振腔一般由一个平面镜和一个球面镜构成，球面的半径要比腔长大一些，如下图所示。

平凹腔

　　氮氖激光器是应用最广泛的气体激光器，其结构形式如下图所示。它分内腔式和外腔式。

氦氖激光器结构示意图

        在放电管内充有一定气压和一定氦氖混合比的气体。共振腔长l要满足

　　式中，N—一任意整数。

　　氦氖激光器有许多振荡谱线，主要振荡波长是6 328 A（最强，呈橘红色），1 1523 A和33 913 A（红外光）。它的发光机理是：在激光管内充入按比例的几个毫米水柱压力的氮氖混合气，形成低压放电管，在阳极与阴极之间加几kV高压，使之产生辉光放电，产生大量的动能很高的自由电子去碰击氮原子，氦原子被激发到2¹S能级和2³S能级。氦的2³和2³S能级是亚稳态，它的粒子数积累增加。由于氦的2¹S能级与氖的3S能级、氦的2³能级与氖的2S能级接近，氦原子与氖原子碰撞后，氦原子回基态，而氖原子被激发到2S和3S能级（亚稳态），并且很快地积累增加。氖的2P和3P是激发态，粒子数比较少，但在2S与2P之间，3S与3P和2P之间建立了粒子数反转分布。在入射光子的作用下，氖原子在2S、3S与2P、3P之间产生受激辐射。然后以自发辐射的形式，从2P和3P能级回到1S能级，再通过与管壁碰撞形式释放能量（即产生管壁效应），回到基态，如下图所示。

图 发光机理示意图

        从以上分析可以看出，氦（He）原子只起了能量传递作用，产生受激辐射的是氖（Ne）原子。它的能量小，转换效率低，输出功率一般为mW级。

　　二氧化碳（C0₂）激光器是典型的分子气体激光器，如下图所示。它的工作物质是CO2气体，常加入氮、氨及一些其他辅助气体。最常用的激光波长是10.6μm的红外光。CO₂激光器的能量转换效率很高，可达百分之十几到30%。它的输出功率大，可有几十到上万瓦。因此它可用于打孔、焊接、通信等方面。

　　图 二氣化碳激光器

　　2.固体激光器

　　固体激光器的工作物质主要是掺杂晶体和掺杂玻璃，最常用的是红宝石（掺铬）、钕玻璃（掺钕）和钇铝石梅石（掺钕）。

　　固体激光器的常用激励方式是光激励（简称光泵），也就是用强光去照射工作物质（一般为棒状，在光学共振腔中，它的轴线与两个反光镜相垂直），使它激发起来，从而发出激光。为了有效地利用泵灯（用脉冲氙灯、氪弧灯、汞弧灯、碘钨灯等各种灯作为光泵源的简称）的光能，常采用各种聚光腔，如下图所示。

图 常用各种聚光腔

        如果工作物质和泵灯一起放在共振腔内，则腔内壁应镀上高反射率的金属薄层，使泵灯发出的光能集中照射在工作物质上。

　　红宝石激光器是世界上第一台成功运转的激光器，它发出的是红色的波长为6943 A的激光。但在常温下，它只能脉冲运转，而且效率较低。

　　钕玻璃激光器的效率比红宝石激光器要高，它发出1.06μm的红外激光。钕玻璃激光器是目前脉冲输出功率最高的器件，通常只能脉冲运转。钇铝石榴石激光器是目前性能最好的固体激光器之一，能连续运转，连续输出功率可超过1 kW。它发出的激光波长是1.06μm的红外光。下图示出了固体激光器的一般结构。

固体激光器的一般结构

　　3.半导体激光器

　　半导体激光器最明显的特点是体积小、质量轻、结构紧凑。一般气体和固体激光器的长度至少几厘米，长的达几米以上。但半导体激光器本身却只有针孔那么大，它的长度还不到1 mm，将它装在一个晶体管模样的外壳内，或在它的两面安上电极，质量可以不超过2 g，因此用起来十分方便。它可以做成小型激光通信机，或做成装在飞机上的激光测距仪，或装在人造卫星和宇宙飞船上作为精密跟踪和导航用激光雷达。

　　半导体激光器的工作物质是某些性能合适的半导体材料，如砷化镓等。其中砷化镓应用最广，常常将它做成二极管。当把适当大的电流（如每cm²面积上通过上万A脉冲电流）通过P-N结时，就会发出激光。这种激励方式称为注人式电流激励。砷化镓激光器的共振腔也十分巧妙，它是利用这种晶体的两个自然解理面而形成的。它们本身十分平滑，而且彼此平行，无需再外加反射镜，如下图所示。

砷化镓激光器的谐振腔

　　半导体激光器效率很高，但是它也有一些缺点，如激光方向性比较差，输出功率比较小，受环境温度影响比较大等。