實際應(yīng)用的激光器種類很多，如以組成激光器的工作物質(zhì)來說可分為氣體激光器、液體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器、化學(xué)激光器等。在同一類型的激光器中又包括有許多不同材料的激光器。如固體激光器中有紅寶石激光器、釔鋁石榴石（Nd：YAG）激光器。

氣體型的激光器主要有He-Ne（氦－氖）、CO2及氬離子激光器等。由于工作物質(zhì)不同，產(chǎn)生不同波長的光波不同，因而應(yīng)用范圍也不相同。最常用而范圍廣的有CO2laser及Nd：YAG激光。有的激光器可連續(xù)工作，如He-Ne laser；有的以脈沖形式發(fā)光工作。如紅寶石激光。而另一些激光器既可連續(xù)工作，又可以脈沖工作的有CO2laser及Nd：YAG laser。 

（一）固體激光器 

  實現(xiàn)激光的核心主要是激光器中可以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激光工作物質(zhì)（即含有亞穩(wěn)態(tài)能級的工作物質(zhì)）。如工作物質(zhì)為晶體狀的或者玻璃的激光器，分別稱為晶體激光器和玻璃激光器，通常把這兩類激光器統(tǒng)稱為固體激光器。   在激光器中以固體激光器發(fā)展最早，這種激光器體積小，輸出功率大，應(yīng)用方便。由于工作物質(zhì)很復(fù)雜，造價高。

當(dāng)今用于固體激光器的物質(zhì)主要有三種：

摻釹鋁石榴石（Nd：YAG）工作物質(zhì)，輸出的波長為1.06μm呈白藍色光；釹玻璃工作物質(zhì)，輸出波長1.06μm呈紫藍色光；紅寶石工作物質(zhì)，輸出波長為694.3nm，為紅色光。主要用光泵的作用，產(chǎn)生光放大，發(fā)出激光，即光激勵工作物質(zhì)。

固定激光器的結(jié)構(gòu)由三個主要部分組成：工作物質(zhì)，光學(xué)諧振腔、激勵源。

聚光腔是使光源發(fā)出的光都會聚于工作物質(zhì)上。工作物質(zhì)吸收足夠大的光能，激發(fā)大量的粒子，促成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)增益大于諧振腔內(nèi)的損耗時產(chǎn)生腔內(nèi)振蕩并由部分反射鏡一端輸出一束激光。工作物質(zhì)有2條主要作用：一是產(chǎn)生光；二是作為介質(zhì)傳播光束。因此，不管哪一種激光器，對其發(fā)光性質(zhì)及光學(xué)性質(zhì)都有一定要求。

（二）氣體激光器

工作物質(zhì)主要以氣體狀態(tài)進行發(fā)射的激光器在常溫常壓下是氣體，有的物質(zhì)在通常條件下是液體（如非金屬粒子的有水、汞），及固體（如金屬離子結(jié)構(gòu)的銅，鎘等粒子），經(jīng)過加熱使其變?yōu)檎魵猓眠@類蒸氣作為工作物質(zhì)的激光器，統(tǒng)歸氣體激光器之中。氣體激光器中除了發(fā)出激光的工作氣體外，為了延長器件的工作壽命及提高輸出功率，還加入一定量的輔助氣體與發(fā)光的工作氣體相混合。

氣體激光器大多應(yīng)用電激勵發(fā)光，即用直流，交流及高頻電源進行氣體放電，兩端放電管的電壓增壓時可加速電子，帶有一定能量，在工作物質(zhì)中運動的電子與粒子（氣體的原子或分子）碰撞時將自身的能量轉(zhuǎn)移給對方，使分子或原子被激發(fā)到某一高能級上而形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光。氣體激光器與固體激光器相比較，兩者中以氣體激光器的結(jié)構(gòu)相對簡單得多，造價較低，操作簡便，但是輸出功率常較小。因氣體激光器中的工作物質(zhì)不同。因此分中性（惰性）原子、離子氣體、分子氣體三種激光器。

中性原子氣體激光器這類激光器中主要充有以惰性氣體（氦、氖、氬、氪等）的物質(zhì)。具有典型應(yīng)用的就是He-Ne（氦－氖）激光器。

首臺He-Ne激光器誕生于1960年，它可以在可見光區(qū)及紅外區(qū)中產(chǎn)生多種波長和激光譜線，主要產(chǎn)生的有632.8nm紅光、和1.15μm及3.39μm紅外光。632.8nmHe-Ne激光器最大連續(xù)輸出功率可達到1W，壽命也達到10Kh以上。借助調(diào)節(jié)放大電流大小，使功率穩(wěn)定性達到30秒內(nèi)的誤差為0.005％，十分鐘內(nèi)的誤差為0.015％的功率穩(wěn)定度；發(fā)散角僅為0.5毫弧度。He-Ne激光器除了具有一般的氣體激光器所固有的方向性好，單色性好，相干性強諸優(yōu)點外，還具有結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、價廉、頻率穩(wěn)定等特點。He-Ne激光在精確指示，激光測量，醫(yī)療衛(wèi)生方面有很廣泛的用途。

He-Ne激光器結(jié)構(gòu)大體可分為三部分，既放電管、諧振腔和激發(fā)的電源。現(xiàn)在臨床上最常應(yīng)用的為內(nèi)腔式He-Ne激光器的激光放電管內(nèi)的氣體在涌有一定高的電壓及電流（在電場作用下氣體放電），放電管中的電子就會由負(fù)極以高速向正極運動。在運動中與工作物質(zhì)內(nèi)的氦原子進行碰撞，電子的能量傳給原子，促使原子的能量提高，基態(tài)原子躍遷到高能級的激發(fā)態(tài)。這時如有基態(tài)氖原子與兩能級上的氦原子相碰，氦原子的能量傳遞給氖原子，并從基態(tài)躍遷到激發(fā)的能級狀態(tài)，而氦原子回到了基態(tài)上。因為放電管上所加的電壓，電流連續(xù)不斷供給，原子不斷地發(fā)生碰撞。這就產(chǎn)生了激光必須具備的基本條件。在發(fā)生受激輻射時，分別發(fā)出波長3.39μm，632.8nm，1.53μm三種激光，而這三種激光中除632.8nm為可見光中的紅外光外，另二種是紅外區(qū)的輻射光。因反射鏡的反射率不同，只輸出一種較長的光波632.8nm的激光。  

He-Ne激光的放電管，最外層是用硬質(zhì)玻璃制成。放電的內(nèi)管直徑約2～3mm，管長幾厘米到十幾厘米，放電管越長功率越大，相應(yīng)的放電電壓就高。管內(nèi)主要按5：1～10：1的比例充入氦氖混合氣體達到總氣壓約2.66～3.99Pa。管的一端裝有鋁圓筒作陰極（其圓管狀結(jié)構(gòu)主要是為了減少放電測射），另一端裝有鎢針作陽極，放電管兩端裝有反射鏡（即一頭為全反射鏡，出光一端為半反射鏡）。這就構(gòu)成了激光放電管。

在He-Ne激光器中，采用的諧振腔有球面腔或平凹腔。一般腔鏡內(nèi)側(cè)鍍有高反射率的介質(zhì)。在其中一端反射率為100％，另一端反射率由激光器的增益而定。放電毛細(xì)管長度約15～20cm，He-Ne激光器的半反射鏡的半反射鏡的反射率98.5％～99.5％。諧振腔的軸線和放電毛細(xì)管 He-Ne激光器的外界激勵能源與固體激光器不相同，不能使用光泵激勵，而采用電激勵的方法。把工作物質(zhì)封入放電管中，供以直流、交流及射頻等方式激勵氣體放電。通過放電過程把能量傳給工作物質(zhì)，促使氣體中的離子、原子被激發(fā)。醫(yī)療中使用的激勵方法主要是以直流電激發(fā)出光。大體結(jié)構(gòu)主要有高壓變壓器、整流與濾波回路、限流與穩(wěn)流回路組成。 

（三）分子氣體激光器

分子氣體激光器與原子氣體激光器不一樣，分子氣體由碳和氧組成（最常用），其原則上是能夠?qū)崿F(xiàn)高效率與高功率輸出。分子氣體激光器通過分子能級間的躍遷產(chǎn)生激發(fā)振蕩的一和種激光器，分子能級躍遷形式與原子能級躍遷相同。只不過是工作物質(zhì)為分子與原子的差別。分子氣體激光器中主要使用的為CO2激光器。 

CO2激光器效率高，不造成工作介質(zhì)損害，發(fā)射出10.6μm波長的不可見激光，是一種比較理想的激光器。按氣體的工作形式可分封閉式及循環(huán)式，按激勵方式分電激勵，化學(xué)激勵，熱激勵，光激勵與核激勵等。在醫(yī)療中使用的CO2激光器幾乎百分之百是電激勵。

CO2激光器與其它分子激光器一樣，CO2激光器工作原理其受激發(fā)射過程也較復(fù)雜。分子有三種不同的運動，即分子里電子的運動，其運動決定了分子的電子能態(tài)；二是分子里的原子振動，即分子里原子圍繞其平衡位置不停地作周期性振動——并決定于分子的振動能態(tài)；三是分子轉(zhuǎn)動，即分子為一整體在空間連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，分子的這種運動決定了分子的轉(zhuǎn)動能態(tài)。分子運動極其復(fù)雜，因而能級也很復(fù)雜。CO2分子為線性對稱分子，兩個氧原子分別在碳原子的兩側(cè)，所表示的是原子的平衡位置。分子里的各原子始終運動著，要繞其平衡位置不停地振動。根據(jù)分子振動理論，CO2有三種不同的振動方式：①二個氧原子沿分子軸，向相反方向振動，即兩個氧在振動中同時達到振動的最大值和平衡值，而此時分子中的碳原子靜止不動，因而其振動被叫做對稱振動。②兩個氧原子在垂直于分子軸的方向振動，且振動方向相同，而碳原子則向相反的方向垂直于分子軸振動。由于三個原子的振動是同步的，又稱為變形振動。③三個原子沿對稱軸振動，其中碳原子的振動方向與兩個氧原子相反，又叫反對稱振動能。在這三種不同的振動方式中，確定了有不同組別的能級。 

CO2激光器中，主要的工作物質(zhì)由CO2，氮氣，氦氣三種氣體組成。其中CO2是產(chǎn)生激光輻射的氣體、氮氣及氦氣為輔助性氣體。加入其中的氦，可以加速010能級熱弛預(yù)過程，因此有利于激光能級100及020的抽空。氮氣加入主要在CO2激光器中起能量傳遞作用，為CO2激光上能級粒子數(shù)的積累與大功率高效率的激光輸出起到強有力的作用。 

CO2激光器的放電管中，通常輸入幾十mA或幾百mA的直流電流。放電時，放電管中的混合氣體內(nèi)的氮分子由于受到電子的撞擊而被激發(fā)起來。這時受到激發(fā)的氮分子便和CO2分子發(fā)生碰撞，N2分子把自己的能量傳遞給CO2分子，CO2分子從低能級躍遷到高能級上形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)發(fā)出激光。

CO2激光器結(jié)構(gòu)組成為：①激光管：是激光機中最關(guān)鍵的部件。常用硬質(zhì)玻璃制成，一般采用層套筒式結(jié)構(gòu)。最里面一層是放電管，第2層為水冷套管，最外一層為儲氣管。CO2激光器放電管直徑比He-Ne激光管粗。放電管的粗細(xì)一般來說對輸出功率沒有影響，主要考慮到光斑大小所引起的衍射效應(yīng)，應(yīng)根據(jù)管長而定。管長的粗一點，管短的細(xì)一點。放電管長度與輸出功率成正比。在一定的長度范圍內(nèi)，每米放電管長度輸出的功率隨總長度而增加。加水冷套的目的是冷卻工作氣體，使輸出功率穩(wěn)定。放電管在兩端都與儲氣管連接，即儲氣管的一端有一小孔與放電管相通，另一端經(jīng)過螺旋形回氣管與放電管相通，這樣就可使氣體在放電管中與儲氣管中循環(huán)流動，放電管中的氣體隨時交換。    

（四）YAG 激光器

是以釔鋁石榴石晶體為基質(zhì)的一種固體激光器。釔鋁石榴石的化學(xué)式是Y3 Al5 O15 ,簡稱為YAG。在YAG基質(zhì)中摻入激活離子Nd3+ (約1%)就成為Nd:YAG。實際制備時是將一定比例的Al2 O3、Y2 O3 和NdO3在單晶爐中熔化結(jié)晶而成。Nd:YAG屬于立方晶系, 是各向同性晶體。

由于Nd:YAG屬四能級系統(tǒng), 量子效率高, 受激輻射面積大, 所以它的閾值比紅寶石和釹玻璃低得多。又由于Nd:YAG晶體具有優(yōu)良的熱學(xué)性能, 因此非常適合制成連續(xù)和重頻器件。它是目前在室溫下能夠連續(xù)工作的唯一固體工作物質(zhì)，在中小功率脈沖器件中, 目前應(yīng)用Nd:YAG的量遠遠超過其他工作物質(zhì)。   和其他固體激光器 一樣, YAG 激光器 基本組成部分是激光工作物質(zhì)、泵浦源和諧振腔。不過由于晶體中所摻雜的激活離子種類不同, 泵浦源及泵浦方式不同, 所采用的諧振腔的結(jié)構(gòu)不同,以及采用的其他功能性結(jié)構(gòu)器件不同,YAG激光器又可分為多種, 例如按輸出波形可分為連續(xù)波YAG激光器、重頻YAG激光器和脈沖 激光器 等; 按工作波長分為1.06μmYAG 激光器 、倍頻YAG激光器、拉曼頻移YAG 激光器 (λ=1.54μm)和可調(diào)諧YAG 激光器 (如色心激光器)等; 按摻雜不同可分為Nd:YAG激光器、摻Ho、Tm、Er等的YAG激光器; 以晶體的形狀不同分為棒形和板條形YAG 激光器 ;根據(jù)輸出功率(能量)不同, 可分為高功率和中小功率YAG激光器等。形形色色的YAG 激光器 , 成為固體激光器中最重要的一個分支。

（五）半導(dǎo)體激光器 

半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為工作介質(zhì)的。目前較成熟的是砷化鎵激光器，發(fā)射840nm的激光。另有摻鋁的砷化鎵、硫化鉻硫化鋅等激光器。激勵方式有光泵浦、電激勵等。這種激光器體積小、質(zhì)量輕、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單而堅固，特別適于在飛機、車輛、宇宙飛船上用。在70年代末期，由于光纖通訊和光盤技術(shù)的發(fā)展大大推動了半導(dǎo)體激光器的發(fā)展。

半導(dǎo)體激光器是以直接帶隙半導(dǎo)體材料構(gòu)成的PN 結(jié)或PIN 結(jié)為工作物質(zhì)的一種小型化激光器.半導(dǎo)體激光工作物質(zhì)有幾十種，目前已制成激光器的半導(dǎo)體材料有砷化稼(GaAs )、砷化錮(InAs)、氮化鎵（GaN)、銻化錮( InSb)、硫化鍋( cds )、蹄化福(CdTe )、硒化鉛(PbSe)、啼化鉛(PhTe )、鋁稼砷(A1xGa,-,As)、錮磷砷(In-PxAS)等.。

半導(dǎo)體激光器的激勵方式主要有三種，即電注人式、光泵式和高能電子束激勵式.。絕大多數(shù)半導(dǎo)體激光器的激勵方式是電注人，即給Pn 結(jié)加正向電壓，以使在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射，也就是說是個正向偏置的二極管，因此半導(dǎo)體激光器又稱為半導(dǎo)體激光二極管.對半導(dǎo)體來說，由于電子是在各能帶之間進行躍遷，而不是在分立的能級之間躍遷，所以躍遷能量不是個確定值，這使得半導(dǎo)體激光器的輸出波長展布在一個很寬的范圍上.它們所發(fā)出的波長在0.3 -34um之間.其波長范圍決定于所用材料的能帶間隙，最常見的是AlGaA:雙異質(zhì)結(jié)激光器，其輸出波長為750 - 890nm.。世界上第一只半導(dǎo)體激光器是1962 年問世的，經(jīng)過幾十年來的研究，半導(dǎo)體激光器得到了驚人的發(fā)展，它的波長從紅外、紅光到藍綠光，被蓋范圍逐漸擴大，各項性能參數(shù)也有了很大的提高，其制作技術(shù)經(jīng)歷了由擴散法到液相外延法(LPE)，氣相外延法(VPE)，分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金屬有機化合物汽相淀積)，化學(xué)束外延(CBE)以及它們的各種結(jié)合型等多種工藝.其激射閉值電流由幾百mA 降到幾十mA，直到亞mA，其壽命由幾百到幾萬小時，乃至百萬小時從最初的低溫(77K)下運轉(zhuǎn)發(fā)展到在常溫下連續(xù)工作，輸出功率由幾毫瓦提高到千瓦級 (陣列器件)它具有效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、能將電能直接轉(zhuǎn)換為激光能、功率轉(zhuǎn)換效率高(已達10%以上、最大可達50%).便于直接調(diào)制、省電等優(yōu)點，因此應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。目前，固定波長半導(dǎo)體激光器的使用數(shù)量居所有激光器之首，某些重要的應(yīng)用領(lǐng)域過去常用的其他激光器，已逐漸為半導(dǎo)體激光器所取代。

半導(dǎo)體激光器最大的缺點是：激光性能受溫度影響大，光束的發(fā)散角較大(一般在幾度到20度之間)，所以在方向性、單色性和相干性等方面較差.但隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體激光器的研究正向縱深方向推進，半導(dǎo)體激光器的性能在不斷地提高.目前半導(dǎo)體激光器的功率可以達到很高的水平，而且光束質(zhì)量也有了很大的提高.以半導(dǎo)體激光器為核心的半導(dǎo)體光電子技術(shù)在21 世紀(jì)的信息社會中將取得更大的進展，發(fā)揮更大的作用.

（六）液體激光器

常用的是染料激光器，采用有機染料最為工作介質(zhì)。大多數(shù)情況是把有機染料溶于溶劑中（乙醇、丙酮、水等）中使用，也有以蒸氣狀態(tài)工作的。利用不同染料可獲得不同波長激光（在可見光范圍）。染料激光器一般使用激光作泵浦源，例如常用的有氬離子激光器等。液體激光器工作原理比較復(fù)雜。輸出波長連續(xù)可調(diào)，且覆蓋面寬是它的優(yōu)點，使它也得到廣泛應(yīng)用。