激光器是现代科技的核心驱动力之一。从医疗手术、工业精密制造、激光雷达自动驾驶，到各类科研创新项目，固体激光器凭借其高效、稳定且紧凑的特性，得到了广泛应用。深入理解固体激光器的工作原理（包括增益介质、泵浦源和谐振腔的核心作用），不仅是洞悉日常科技背后逻辑的关键，更是参与前沿技术研发或投身高端制造领域不可或缺的基础。可以说，掌握它，就掌握了开启未来关键技术之门的一把钥匙。

01 基本输出特性

• 输出功率：是指一个重复周期内单位时间所输出的激光能量。是脉冲能量与脉冲重复频率的乘积。单位为瓦特（W）。

• 波长：指激光器的输出波长，是激光器输出激光光束的重要参数。不同的波长代表不一样光源。譬如绿光激光的波长通常在532纳米左右，而红外激光的波长范围较广，一般在800纳米至2000纳米之间。

02 脉冲特性（针对脉冲激光器）

• 脉冲宽度：激光器的脉冲宽度是指激光脉冲的时间长度，是描述脉冲激光器性能的重要参数之一。不同的激光器可以产生不同时间尺度的脉冲，通常用纳秒、皮秒、飞秒等单位来描述。量级越小，激光作用持续时间越短。

1、长脉冲激光：脉宽通常在微秒(μs)到毫秒(ms)量级。这种激光通常用于需要较高平均功率和较长作用时间的场合，如激光焊接、激光切割等工业应用。

2、短脉冲激光：脉宽在纳秒(ns)量级。这类激光具有较高的峰值功率和较短的作用时间，适用于需要精确控制激光作用的场合，如激光打标、激光测距等。

3、超短脉冲激光：脉宽在皮秒(ps)或飞秒(fs)量级。超短脉冲激光具有极高的峰值功率和极短的作用时间，能够实现对物质微观结构的精确操控，广泛应用于精细加工、科学研究、生物医学等领域。

• 重复频率：激光器的重复频率是指单位时间内激光器发射脉冲的次数或个数，通常以赫兹（Hz）为单位。重复频率是衡量激光器工作速率和性能的重要参数之一，对于许多应用而言至关重要。

03 光束质量与光学特性

• 光束质量：光束质量的定义包括： 远场光斑直径、远场发散角、衍射极限倍数 U 、斯特列尔比、靶面上的功率或环围能量比等。

数学表达式：

其中：理想高斯光束(基模TEMoo)的M²=1(衍射极限)。

实际光束的M²≥1,值越大，光束质量越差。

• 光斑直径：光斑直径通常指的是激光束在某个特定距离上的横截面直径，也可以理解为激光束在目标表面上形成的圆形或椭圆形斑点的直径。光斑直径的大小取决于多种因素，包括激光束的发散角度、聚焦系统的焦距和质量，以及目标表面与激光束的距离等。在激光应用中，光斑直径的大小对于加工精度和效率至关重要。通常情况下，较小的光斑直径意味着更高的空间分辨率和加工精度，但可能需要更复杂的光学系统来实现。相反，较大的光斑直径可能会降低空间分辨率，但在某些情况下可能更适合于快速加工。

• 光斑圆度：光斑圆度是指激光束横截面的形状与完美圆形之间的相似程度。用来衡量光斑在某个平面上的对称性和均匀性。圆度通常被表示为一个比率或百分比，数值越接近1或者100%，表示光斑越接近理想的圆形。光斑圆度的计算方法之一是利用光斑的最小直径和最大直径的比值。在激光加工和光学系统设计中，光斑圆度是一个重要的指标。圆度高的光斑通常意味着激光束在传输过程中受到的失真较小，从而确保更好的聚焦和更精确的加工。同时，高圆度的光斑也可以减小光学系统中的不均匀性，有助于提高光学性能。

• 光斑发散角：光斑发散角是指激光束从光源或光学系统输出后，在传播过程中光斑直径逐渐增大的角度。这一参数是用来描述激光束的发散性质的，常用单位是mrad（毫弧度）或度。发散角的大小影响着激光束的聚焦能力和在特定距离上的光斑大小，对于许多应用来说是一个关键的性能指标。发射角越大，相同的距离，光斑的大小越大。

• 光斑指向稳定性：光斑指向稳定性是指激光束在传播过程中保持其方向性的能力。

• 光斑位置准确性：光斑位置准确性是指光斑在空间中所处位置的精确程度，即光斑实际位置与期望位置或理论位置之间的偏差程度。

04 稳定性与偏振特性

• 偏振比：激光的偏振比是一个描述激光束偏振状态的重要参数，它指的是激光光束中某一特定偏振方向上的电场强度与垂直于该方向上的电场强度的比值。在实际应用中，激光的高偏振比通常是需要的，因为它有助于提高激光系统的性能和精确性。

• 能量稳定性：激光器的能量稳定性是指其输出能量在时间和空间上的波动程度。对于许多应用而言，特别是需要高精度加工或者保持一致性的领域，如医学治疗或精密加工，能量稳定性是非常重要的考量因素。较好的时间稳定性意味着激光器在连续工作时能够保持稳定地输出能量，而不会出现剧烈波动。这对于需要长时间加工的任务尤为重要，如激光切割、焊接等。好的空间稳定性意味着激光束的能量分布在工件表面上是均匀的，没有明显的热点或弱点。这对于需要均匀加工的任务，如表面涂层、光刻等领域尤为关键。

综上所述，激光器的性能并非单一指标所能概括，而是由输出功率、波长、脉冲特性（脉宽、重复频率、单脉冲能量）、光束质量（光斑直径、圆度、发散角、指向及位置稳定性）以及稳定性（能量、偏振） 等众多精密参数共同构建的复杂体系。深入理解这些核心特性及其相互影响，是有效选型、优化应用以及推动激光技术创新的基石。