激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之後，人類的又壹重大發明。它的原理早在 1916 年已被著名的物理學家愛因斯坦發現，但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準備和生產實踐迫切需要的背景下應運而生的，它壹問世，就獲得了異乎尋常的飛快發展，激光的發展不僅使古老的光學科學和光學技術獲得了新生，而且導致整個壹門新興產業的出現。激光可使人們有效地利用前所未有的先進方法和手段，去獲得空前的效益和成果，從而促進了生產力的發展。
激光產生
若原子或分子等微觀粒子具有高能級E2和低能級E1,E2和E1能級上的布居數密度為N2和N1，在兩能級間存在著自發發射躍遷、受激發射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。受激發射躍遷所產生的受激發射光，與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。因此，大量粒子在同壹相幹輻射場激發下產生的受激發射光是相幹的。受激發射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比於入射輻射場的單色能量密度。當兩個能級的統計權重相等時，兩種過程的幾率相等。在熱平衡情況下N2＜N1，所以受激吸收躍遷占優勢，光通過物質時通常因受激吸收而衰減。外界能量的激勵可以破壞熱平衡而使N2＞N1,這種狀態稱為粒子數反轉狀態。在這種情況下，受激發射躍遷占優勢。光通過壹段長為l的處於粒子數反轉狀態的激光工作物質(激活物質)後，光強增大eGl倍。G為正比於(N2-N1)的系數，稱為增益系數，其大小還與激光工作物質的性質和光波頻率有關。壹段激活物質就是壹個激光放大器。
如果，把壹段激活物質放在兩個互相平行的反射鏡（其中至少有壹個是部分透射的）構成的光學諧振腔中（圖1），處於高能級的粒子會產生各種方向的自發發射。其中，非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外：軸向傳播的光波卻能在腔內往返傳播,當它在激光物質中傳播時，光強不斷增長。如果諧振腔內單程小信號增益G0l大於單程損耗δ(G0l是小信號增益系數)，則可產生自激振蕩。原子的運動狀態可以分為不同的能級，當原子從高能級向低能級躍遷時，會釋放出相應能量的光子（所謂自發輻射）。同樣的，當壹個光子入射到壹個能級系統並為之吸收的話，會導致原子從低能級向高能級躍遷（所謂受激吸收）；然後，部分躍遷到高能級的原子又會躍遷到低能級並釋放出光子（所謂受激輻射）。這些運動不是孤立的，而往往是同時進行的。當我們創造壹種條件，譬如采用適當的媒質、***振腔、足夠的外部電場，受激輻射得到放大從而比受激吸收要多，那麽總體而言，就會有光子射出，從而產生激光。
激光的特點
（壹）定向發光
普通光源是向四面八方發光。要讓發射的光朝壹個方向傳播，需要給光源裝上壹定的聚光裝置，如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡，使輻射光匯集起來向壹個方向射出。激光器發射的激光，天生就是朝壹個方向射出，光束的發散度極小，大約只有0.001弧度，接近平行。1962年，人類第壹次使用激光照射月球，地球離月球的距離約38萬公裏，但激光在月球表面的光斑不到兩公裏。若以聚光效果很好，看似平行的探照燈光柱射向月球，按照其光斑直徑將覆蓋整個月球。
（二）亮度極高
在激光發明前，人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高，與太陽的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能超過氙燈的幾百億倍。因為激光的亮度極高，所以能夠照亮遠距離的物體。紅寶石激光器發射的光束在月球上產生的照度約為0.02勒克斯（光照度的單位），顏色鮮紅，激光光斑明顯可見。若用功率最強的探照燈照射月球，產生的照度只有約壹萬億分之壹勒克斯，人眼根本無法察覺。激光亮度極高的主要原因是定向發光。大量光子集中在壹個極小的空間範圍內射出，能量密度自然極高。
（三）顏色極純
光的顏色由光的波長（或頻率）決定。壹定的波長對應壹定的顏色。太陽光的波長分布範圍約在0.76微米至0.4微米之間，對應的顏色從紅色到紫色*** 7種顏色，所以太陽光談不上單色性。發射單種顏色光的光源稱為單色光源，它發射的光波波長單壹。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源，只發射某壹種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單壹，但仍有壹定的分布範圍。如氪燈只發射紅光，單色性很好，被譽為單色性之冠，波長分布的範圍仍有0.00001納米，因此氪燈發出的紅光，若仔細辨認仍包含有幾十種紅色。由此可見，光輻射的波長分布區間越窄，單色性越好。
激光器輸出的光，波長分布範圍非常窄，因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖激光器為例，其光的波長分布範圍可以窄到2×10-9納米，是氪燈發射的紅光波長分布範圍的萬分之二。由此可見，激光器的單色性遠遠超過任何壹種單色光源。
此外，激光還有其它特點：相幹性好。激光的頻率、振動方向、相位高度壹致，使激光光波在空間重疊時，重疊區的光強分布會出現穩定的強弱相間現象。這種現象叫做光的幹涉，所以激光是相幹光。而普通光源發出的光，其頻率、振動方向、相位不壹致，稱為非相幹光。
閃光時間可以極短。由於技術上的原因，普通光源的閃光時間不可能很短，照相用的閃光燈，閃光時間是千分之壹秒左右。脈沖激光的閃光時間很短，可達到6飛秒（1飛秒=10-15秒）。閃光時間極短的光源在生產、科研和軍事方面都有重要的用途。
受激輻射
什麽叫做“受激輻射”?它基於偉大的科學家愛因斯坦在1916年提出了的壹套全新的理論。這壹理論是說在組成物質的原子中，有不同數量的粒子（電子）分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發，會從高能級跳到（躍遷）到低能級上，這時將會輻射出與激發它的光相同性質的光，而且在某種狀態下，能出現壹個弱光激發出壹個強光的現象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡稱激光。激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高單色性和高相幹性。
目前激光已廣泛應用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、異孔、膏藥打孔、水松紙打孔、鋼板打孔、包裝印刷打孔等）、激光淬火、激光熱處理、激光打標、玻璃內雕、激光微調、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封裝、激光修復電路、激光布線技術、激光清洗等。
經過30多年的發展，激光現在幾乎是無處不在，它已經被用在生活、科研的方方面面：激光針灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光測距儀、激光陀螺儀、激光鉛直儀、激光手術刀、激光炸彈、激光雷達、激光槍、激光炮……，在不久的將來，激光肯定會有更廣泛的應用。
激光武器是壹種利用定向發射的激光束直接毀傷目標或使之失效的定向能武器。根據作戰用途的不同，激光武器可分為戰術激光武器和戰略激光武器兩大類。武器系統主要由激光器和跟蹤、瞄準、發射裝置等部分組成，目前通常采用的激光器有化學激光器、固體激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻擊速度快、轉向靈活、可實現精確打擊、不受電磁幹擾等優點，但也存在易受天氣和環境影響等弱點。激光武器已有30多年的發展歷史，其關鍵技術也已取得突破，美國、俄羅斯、法國、以色列等國都成功進行了各種激光打靶試驗。目前低能激光武器已經投入使用，主要用於幹擾和致盲較近距離的光電傳感器，以及攻擊人眼和壹些增強型觀測設備；高能激光武器主要采用化學激光器，按照現有的水平，今後5—10年內可望在地面和空中平臺上部署使用，用於戰術防空、戰區反導和反衛星作戰等。
激光的其它特性
激光有很多特性：首先，激光是單色的，或者說是單頻的。有壹些激光器可以同時產生不同頻率的激光，但是這些激光是互相隔離的，使用時也是分開的。其次，激光是相幹光。相幹光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像壹個“波列”。再次，激光是高度集中的，也就是說它要走很長的壹段距離才會出現分散或者收斂的現象。
激光（LASER）是上世紀60年代發明的壹種光源。LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母縮寫。激光器有很多種，尺寸大至幾個足球場，小至壹粒稻谷或鹽粒。氣體激光器有氦－氖激光器和氬激光器；固體激光器有紅寶石激光器；半導體激光器有激光二極管，像CD機、DVD機和CD-ROM裏的那些。每壹種激光器都有自己獨特的產生激光的方法。
激光技術應用
激光加工技術是利用激光束與物質相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源，識別物體等的壹門技術，傳統應用最大的領域為激光加工技術。激光技術是涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科的壹門綜合技術，傳統上看，它的研究範圍壹般可分為：
1.激光加工系統。包括激光器、導光系統、加工機床、控制系統及檢測系統。
2.激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標、劃線、微調等各種加工工藝。
激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接汙染和變形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半導體泵浦激光器。
激光切割：汽車行業、計算機、電氣機殼、木刀模業、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板、壹些金屬網板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、矽橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業使用的鈦合金等等。使用激光器有 YAG激光器和CO2激光器。
激光打標：在各種材料和幾乎所有行業均得到廣泛應用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導體泵浦激光器。
激光打孔：激光打孔主要應用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業。激光打孔的迅速發展，主要體現在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內目前比較成熟的激光打孔的應用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷線路板等行業的生產中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主，也有壹些準分子激光器、同位素激光器和半導體泵浦激光器。
激光熱處理：在汽車工業中應用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時在航空航天、機床行業和其它機械行業也應用廣泛。我國的激光熱處理應用遠比國外廣泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器為主。
激光快速成型：將激光加工技術和計算機數控技術及柔性制造技術相結合而形成。多用於模具和模型行業。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主。
激光塗敷：在航空航天、模具及機電行業應用廣泛。目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器為主。
激光在醫學中的應用
應用於牙科的激光系統
依據激光在牙科應用的不同作用，分為幾種不同的激光系統。區別激光的重要特征之壹是：光的波長，不同波長的激光對組織的作用不同，在可見光及近紅外光譜範圍的光線，吸光性低，穿透性強，可以穿透到牙體組織較深的部位，例如氬離子激光、二極管激光或Nd：YAG激光(如圖1)。而Er：YAG激光和CO，激光的光線穿透性差，僅能穿透牙體組織約0．01毫米。區別激光的重要特征之二是：激光的強度(即功率)，如在診斷學中應用的二極管激光，其強度僅為幾個毫瓦特，它有時也可用在激光顯示器上。
用於治療的激光，通常是幾個瓦特中等強度的激光。激光對組織的作用，還取決於激光脈沖的發射方式，以典型的連續脈沖發射方式的激光有：氬離子激光、二極管激光、CO2，激光；以短脈沖方式發射的激光有：Er：YAG激光或許多Nd：YAG激光，短脈沖式的激光的強度(即功率)可以達到1,000瓦特或更高，這些強度高、吸光性也高的激光，只適用於清除硬組織。
激光在齲齒的診斷方面的應用
1．脫礦、淺齲
2．隱匿齲
激光在治療方面的應用
1．切割
2．充填物的聚合，窩洞處理
激光美容
(1)激光在美容界的用途越來越廣泛。激光是通過產生高能量，聚焦精確，具有壹定穿透力的單色光，作用於人體組織而在局部產生高熱量從而達到去除或破壞目標組織的目的，各種不同波長的脈沖激光可治療各種血管性皮膚病及色素沈著，如太田痣、鮮紅斑痣、雀斑、老年斑、毛細血管擴張等，以及去紋身、洗眼線、洗眉、治療瘢痕等；而近年來壹些新型的激光儀，高能超脈沖CO2激光，鉺激光進行除皺、磨皮換膚、治療打鼾，美白牙齒等等，取得了良好的療效，為激光外科開辟越來越廣闊的領域。
(2)激光手術有傳統手術無法比擬的優越性。首先激光手術不需要住院治療，手術切口小，術中不出血，創傷輕，無瘢痕。例如：眼袋的治療傳統手術法存在著由於剝離範圍廣、術中出血多，術後愈合慢，易形成瘢痕等缺點，而應用高能超脈沖CO2激光儀治療眼袋，則以它術中不出血，不需縫合，不影響正常工作，手術部位水腫輕，恢復快，無瘢痕等優點，令傳統手術無法比擬。而壹些由於出血多而無法進行的內窺鏡手術，則可由激光切割代替完成。(註：有壹定的適應範圍)
(3)激光在血管性皮膚病以及色素沈著的治療中成效卓越。使用脈沖染料激光治療鮮紅斑痣，療效顯著，對周圍組織損傷小，幾乎不落疤。它的出現，成為鮮紅斑痣治療史上的壹次革命，因為鮮紅斑痣治療史上，放射、冷凍、電灼、手術等方法，其瘢痕發生率均高，並常出現色素脫失或沈著。激光治療血管性皮膚病是利用含氧血紅蛋白對壹定波長的激光選擇性的吸收，而導致血管組織的高度破壞，其具有高度精確性與安全性，不會影響周圍鄰近組織。因此，激光治療毛細血管擴張也是療效顯著。
此外，由於可變脈沖激光等相繼問世，使得不滿意紋身的去除，以及各類色素性皮膚病如太田痣，老年斑等的治療得到了重大突破。這類激光根據選擇性光熱效應理論，(即不同波長的激光可選擇性地作用於不同顏色的皮膚損害)，利用其強大的瞬間功率，高度集中的輻射能量及色素選擇性，極短的脈寬，使激光能量集中作用於色素顆粒、將其直接汽化、擊碎，通過淋巴組織排出體外，而不影響周圍正常組織，並且以其療效確切，安全可靠，無瘢痕，痛苦小而深入人心。
(4)激光外科開創了醫學美容的新紀元。高能超脈沖CO2激光磨皮換膚術開拓了美容外科的新技術。它利用高能量，極短脈沖的激光，使老化、損傷的皮膚組織瞬間被汽化，不傷及周圍組織，治療過程中幾乎不出血，並可精確的控制作用深度。其效果得到國際醫學整形美容界充分肯定，被譽為“開創了醫學美容新紀元”；此外，更有高能超脈沖CO2激光儀治療眼袋、打鼾、甚至激光美白牙齒等，以其安全精確的療效，簡便快捷的治療在醫學美容界創造了壹個又壹個奇跡。激光美容使得醫學美容向前邁進了壹大步，並且賦於醫學美容更新的內涵。
激光冷卻
激光冷卻(laser cooling)利用激光和原子的相互作用減速原子運動以獲得超低溫原子的高新技術。這壹重要技術早期的主要目的是為了精確測量各種原子參數，用於高分辨率激光光譜和超高精度的量子頻標(原子鐘)，後來卻成為實現原子玻色-愛因斯坦凝聚的關鍵實驗方法。雖然早在20世紀初人們就註意到光對原子有輻射壓力作用，只是在激光器發明之後，才發展了利用光壓改變原子速度的技術。人們發現，當原子在頻率略低於原子躍遷能級差且相向傳播的壹對激光束中運動時，由於多普勒效應，原子傾向於吸收與原子運動方向相反的光子，而對與其相同方向行進的光子吸收幾率較小;吸收後的光子將各向同性地自發輻射。平均地看來，兩束激光的凈作用是產生壹個與原子運動方向相反的阻尼力，從而使原子的運動減緩(即冷卻下來)。1985年美國國家標準與技術研究院的菲利浦斯(willam D.Phillips)和斯坦福大學的朱檬文(Steven Chu)首先實現了激光冷卻原子的實驗，並得到了極低溫度(24μK)的鈉原子氣體。他們進壹步用三維激光束形成磁光講將原子囚禁在壹個空間的小區域中加以冷卻，獲得了更低溫度的“光學粘膠”。之後，許多激光冷卻的新方法不斷湧現，其中較著名的有“速度選擇相幹布居囚禁”和“拉曼冷卻”，前者由法國巴黎高等師範學院的柯亨-達諾基(Claud Cohen-Tannodji)提出，後者由朱模文提出，他們利用這種技術分別獲得了低於光子反沖極限的極低溫度。此後，人們還發展了磁場和激光相結合的壹系列冷卻技術，其中包括偏振梯度冷卻、磁感應冷卻等等。朱模文、柯亨-達諾基和菲利浦斯三人也因此而獲得了1997年諾貝爾物理學獎。激光冷卻有許多應用，如:原子光學、原子刻蝕、原子鐘、光學晶格、光鑷子、玻色-愛因斯坦凝聚、原子激光、高分辨率光譜以及光和物質的相互作用的基礎研究等等。
激光光譜
激光光譜（laser spectra）以激光為光源的光譜技術。與普通光源相比，激光光源具有單色性好、亮度高、方向性強和相幹性強等特點，是用來研究光與物質的相互作用，從而辨認物質及其所在體系的結構、組成、狀態及其變化的理想光源。激光的出現使原有的光譜技術在靈敏度和分辨率方面得到很大的改善。由於已能獲得強度極高、脈沖寬度極窄的激光，對多光子過程、非線性光化學過程以及分子被激發後的弛豫過程的觀察成為可能，並分別發展成為新的光譜技術。激光光譜學已成為與物理學、化學、生物學及材料科學等密切相關的研究領域。
激光傳感器
激光傳感器（laser transducer）利用激光技術進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優點是能實現無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電幹擾能力強等。