定义
适用于激光材料加工的激光器。
激光材料加工使用各种不同的激光源，这是激光应用中最重要的领域之一。 所涉及的激光工艺范围很广，从焊接、切割和钻孔的焊接和硬化等低强度工艺到非常高强度的激光烧蚀工艺。 其他重要的应用领域是激光打标和清洁。 可以适用非常不同类型的激光器，根据特定的应用要求具有特定的优点和局限性。 以下各节将讨论最重要的类型。
在任何情况下，精心设计的工业激光系统在各种实际方面都是非常理想的，例如可靠性和使用寿命，可能需要的更换零件的快速可用性等。 其他实际重要的方面当然是安装成本和运行费用（电力消耗、燃气消耗、维护、维修）。
激光类型
气体和准分子激光器
一氧化碳2激光已经使用了几十年，并且仍然有未来。
在激光技术的早期，气体激光器往往是唯一足够强大的激光类型可用。 虽然其中许多已被不同类型的固态激光器取代（见下文），特别是一氧化碳2激光器由于其在某些工艺中的特定优势，仍然被广泛使用。 这尤其适用于通常为10.6μm的长发射波长，这导致在各种材料（例如聚合物，木材，陶瓷，但通常不适用于金属）中具有出色的吸收性。 另一个优点是它们的高输出功率与高光束质量相结合。 它们的墙插效率通常在 10% 到 20% 之间——不如最好的固态激光系统高，远远落后于直接二极管激光器，但仍在相当合理的范围内。
一氧化碳的运行模式2激光可以是连续波或脉冲，尽管不是特别高的脉冲能量。 脉冲操作有时只是激光类型（横向激发气氛（TEA）激光器）不可避免的特征，但本质上并不用于材料加工。
经过几十年的工程设计，一氧化碳2激光器是一项高度成熟的技术，具有可靠的性能和较长的使用寿命。
准分子激光器在紫外激光器领域仍然发挥着重要作用，尽管它们在墙插效率方面存在局限性。 这主要是因为它们可以产生非常强烈的纳秒脉冲和可观的平均功率（高达数百瓦），这很难与其他方式一起使用，例如与频率转换的固态源一起使用。 设备寿命最初很短，但精心设计的准分子激光器可以非常可靠且使用寿命长。 它们表现出一定的气体消耗量，除了电力消耗外，这还增加了运营成本。
固态激光器
最初采用灯泵浦的固态激光器。 与此同时，这些类型已在很大程度上被二极管泵浦激光器所取代，但仍广泛用于需要高脉冲能量和低脉冲重复率的特定区域。
二极管泵浦激光器已经发展出来，性能不断提高。 某些类型（特别是薄盘激光器和板式激光器）现在提供具有高光束质量的多千瓦连续波脉冲输出。
虽然绝大多数固态激光器在1μm至1.1μm之间的光谱区域内工作，在那里可以实现最佳的激光性能，但通过非线性频率转换方法可以达到各种其他波长。 特别是，有许多基于倍频的绿色激光器，也有基于频率三倍和四倍的紫外激光器。 使用光学参量振荡器（OPO）可以产生广泛的其他波长，在操作期间也具有可调性，通常采用脉冲操作，这更容易实现。 然而，OPO在材料加工中并不常见。
固态体激光器特别适用于通过Q开关方法产生高能激光脉冲。 这是因为它们的增益介质（主要是激光晶体，有时是玻璃或陶瓷）表现出良好的能量存储，并且足够坚固，可以快速提取存储的能量。脉冲持续时间通常为纳秒级。 还有各种具有皮秒或飞秒脉冲持续时间的超快激光器。 在这里，除了锁模激光器外，通常使用脉冲拾取器来获得适当的低脉冲重复率，然后使用高增益放大器，例如再生放大器。
光纤激光器（通常与高功率光纤放大器结合使用）是一种特定类型的固态激光器，已变得非常重要。 它们通常具有高壁插效率、高光束质量和（特别是对于连续波激光器）高输出功率。 然而，与体激光器相比，它们在脉冲能量方面的限制要大得多。 另一方面，在通常使用的主振荡器光纤放大器配置中，其中许多表现出高度的灵活性，例如，在产生具有相当可变脉冲重复率的脉冲序列以及突发模式选项方面。
光纤激光器在超快激光器领域也变得越来越重要。 稀土掺杂光纤的一些特性特别适合这种操作机制，而另一方面，光纤也引入了很大的限制，特别是对于可达到的脉冲能量。 它们的优势在低脉冲能量要求领域最为明显，即微加工，而高能量应用通常更适合体激光系统。 然而，一些激光器开发人员将这两种技术结合起来，例如使用锁模光纤激光器、低功率光纤放大器和高能量体放大器级。
直接二极管激光器
二极管激光器（→直接二极管激光器）的直接应用，例如二极管条形，二极管堆栈或VCSEL阵列的形式，在激光器成本和墙插效率方面非常有吸引力。 然而，在早些年，由于光束质量差，这通常是不可行的：基本上，不可能将二极管激光辐射充分聚焦到工件上。 由于各种发展，特别是由于每个发射器的输出功率不断增加（因此给定的总功率需要更少的发射器），光束整形的进步以及光谱光束组合的使用越来越多，这种情况已经发生了重大变化。 甚至激光切割和焊接等应用有时也可以使用这种激光器完成。
直接二极管激光器通常基于砷化镓技术，其允许的发射波长通常在0.8μm和1μm之间，即比二极管泵浦掺杂绝缘体激光器的发射波长略短。 这些波长通常同样适用于材料加工。
在早期，掺杂绝缘体固态激光器必须用作亮度转换器：它们可以用二极管激光器进行光学泵浦，并以更高的光束质量发射辐射，从而获得更高的辐射度（亮度）。 虽然亮度优化变得不那么重要，但转换辐射的另一个功能通常仍然是必不可少的：这种固态激光器产生非常强烈的光脉冲的能力。 在通常对材料加工非常重要的领域，二极管激光器的潜力从根本上非常有限，因为它们的载流子寿命非常短，这导致能量存储不足。 虽然超短脉冲的产生是可能的，但对于材料加工中的应用来说，它通常也太有限了。
虽然高功率二极管激光器的不断发展定期导致性能增强，但更新的激光器类型正在开发中，将来可能会提供更好的性能。 特别是光子晶体表面发射激光器（PCSEL），它可以自然产生相当高亮度的光束。 然而，这项技术尚未成熟，例如尚未达到边缘发射半导体激光管的高壁插效率。
材料加工用激光源重要参数
在激光材料加工中，表征激光辐射的相当多的不同参数可能非常相关，即激光规格的一部分：
- 光波长：在大多数情况下，这很重要，因为光吸收对于使用的过程至关重要，而吸收强度在很大程度上取决于波长。
- 光功率和强度：许多工艺需要适当的高光强度（每单位面积的功率）。 光学平均功率对于实现经济可行的处理速度通常也非常重要。
- 光束质量，量化，例如使用M2因素：这决定了辐射聚焦到小点的难易程度，以及工作距离（激光加工头和光束聚焦之间）的短短。 此外，它还会影响强度曲线的平滑和一致性。
- 辐射度（通常不准确地称为亮度或亮度）：这是由功率和光束质量的组合产生的，并决定了在给定的光斑尺寸和有限的光束发散下可以达到的光学强度水平。
- 脉冲参数：在许多情况下，使用脉冲激光器，其中脉冲持续时间在不同的应用之间可能有很大差异 - 一种使用飞秒激光器，皮秒激光器，纳秒激光器，在某些情况下使用具有微秒脉冲持续时间的自由运行脉冲激光器。 特别相关的参数是脉冲能量和脉冲持续时间，峰值功率本质上是能量除以持续时间，但受到脉冲形状的一些影响。 脉冲形状本身在某些应用中很重要。 在许多情况下，人们应用规则的脉冲序列，或者有时是脉冲的突发。
根据应用的不同，可以关联其他规格，例如关于激光噪声的规格，例如脉冲能量的波动和光束指向的波动。
激光源的光谱带宽（线宽）通常无关紧要，因为工件的吸收特性通常在激光的光带宽内不会显着变化，即使激光宽度为几纳米。
