LASER
(一)雷射的由来
雷射Laser之名称的由来，系由其装置之原理(lightamplificationbystimulatedemissionofradiation)五个英文字取其前缀结合而成。雷射的出现可以说是人类科学〝知而后行〞的具体实现例子。在爱迪生发明灯泡光源的时代，人类科学是处于一种〝不知而行〞的情况，因此各式各样的东西例如木炭、羽毛、头发都拿来测试是否适合作为灯丝，一直到钨丝装上时整个爱迪生电力厂足足明亮了五分钟，于是全场试验的科学家为之一致欢呼，在此之前，他们对于钨丝是否适合作为灯丝殊无把握。然而雷射就不同了，在雷射尚未问世之前，科学家就已预言这种高同调光的存在。１９５０年二次世界大战结束后，微波技术发达，选定氨作为微波活性介质，首先出现镁射(Maser,M为microwave之缩写），然而其实用价值较低，因此仍然希望得到光束的放大作用。1960年由T.H.Mainman及A.Javan产生世上第一部红宝石脉冲雷射。
(二)雷射的简单原理
一般的光线具多相（由不同波长的光组合而成）和散发性，所以照度和距离平方成反比。雷射光则是单相光，光线在雷射管中，反复地『反射→激发→反射』，能量逐渐累积，且光线的方向一致。所以雷射光具有高能量及低散发性。可以利用这个特性。
雷射是将大量的光子(photon)聚集在单一方向，使其具有高同调性及单一波长的特性，并利用光学系统将光在加工对象上聚集成一极小的范围，通常直径约在数百个微米(um)以下。物质表面吸光子所携带的能量，进而和材料进行交互作用而产生加工的效果，但随着波长所属范围的不同，其交互作用的机制却也有相当大的差异。
雷射(LASER)是「LigntAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation」的缩写。要了解雷射的基本原理必须先回想原子的构造。原子由原子核与在周围绕转的电子构成，电子在一定的轨道绕转，各轨道各有一定的能量，离原子愈远的轨道能阶愈高。当电子受到外来能量的激发时(例如光子)，从基态跳跃至较高能阶的轨道，此种状态即称为受激态。电子并不能长久处于受激态，约仅百万分之一秒即回到原来之轨道，也就是回复基态，此时电子会放出原先吸收之能量，这就是自发放射。当电子正处于受激态时，如果正好又有外来适量的光子撞击时，爱因斯坦认为这个光子不会被吸收，而会诱导受激态的电子落至原先的轨道，放出与这个光子一模一样的光子(相同波长，相同方向，相位也相同)，这就是激发放射。而这两个一模一样的光子又可以分别激发其它的受激态电子放出一模一样的光子，总共会有四个一模一样的光子，继续进行连锁反应而制造出波长相位均相同的光能，这就是雷射光。但是困难的地方是，原子的受激态大约只能维持百万分之一秒，而且大部分的原子都在稳定的基态，只有少数的原子在受激态，所以不容易造成连锁反应，这就有如在一个稳定的社会，只有少数人示威游行，摇旗吶喊是起不了甚么大作用的，但是如果整个社会人心沸腾，社会极不稳定，只要有少数人登高一呼，可能就有排山倒海的连锁反应效果。类似的道理，要产生雷射光，也必须持续给予能量，使雷射介质处于居量反转状态，也就是大部分的原子都在不稳定的受激态，此时少量的光子就能够藉激发放射的连锁反应来产生雷射光了。不同的雷射介质就会产生不同波长的雷射光，雷射常以活性介质来命名，例如用红宝石做为介质，就产生红宝石雷射。介质可以是固体(红宝石雷射、钕钇铝石榴石雷射)，液体(染料雷射)，或气体(二氧化碳雷射、氦氖雷射、氩离子雷射、准分子雷射)。活性介质不同，发出来的光颜色也不同，也有不同的特性及应用。例如在医疗上，由于不同颜色的光与人体组织的作用效果不同，在应用时也会因病变或部位的不同而需要使用不同的雷射。
(三)雷射的应用
工业上应用雷射来切割金属材质，和做表面处理，如硬化处理，使材料更耐磨，或在金属材料表面敷以异质层(在铝的表面敷以铁、镍、锰或铜，可以将其抗热度提升，医学上用雷射来切割组织，气化肿瘤。来做表面处理，像消除不要的刺青，胎记，痣等，近年来更用雷射来改变角膜表面的曲度，以治疗近视。博物馆也用雷射来做表面处理，例如用雷射来消除古物或古画上的发霉，以及类似的文物修护。工业上用雷射来焊接金属，医学上则用雷射来镕接血管或神经，但是还在尝试阶段，尚未普遍使用。工业上用雷射来钻孔，例如：钻石和奶嘴的穿孔，喷雾器气阀钻孔等。医学上也用雷射来钻孔，例如冠状动脉狭窄或阻塞的病人常造成心肌梗塞或缺血，可以用雷射在心肌上钻许多小孔，使心脏内的血液经由这些小孔来供给心肌。另外在药物胶囊钻孔，可以使药物稳定而缓慢的释放出来，这是雷射钻孔在医疗上的另一个应用。近二十年来，激光技术得以迅速的发展，是由于激光束具有高亮度、准直性、方向性、同调性之特点，因此在许多方面获得了广泛的应用，如雷射割切、加工、扫描、激光雷达、雷射位移计、雷射干涉仪．．．，是质量控制和自动化机器人不可或缺的利器。激光技术的应用正在日益扩大之中，在机械工业上雷射的运用日益普遍，究其用途，不外乎加工与量测两大类。作为量测用途的雷射，其输出功率一般较加工用途的雷射低，而价格较廉，种类也较多。量测用途的雷射除了常见的二极管雷射与氦氖雷射外，在一些特殊的场合中，也可见到一些较高功率的雷射，做为大面积或长距离的量测之用。在此我们对这些各种用途的雷射作整理性的简介，并对其构成的主件特性加以说明。
(四)雷射的特性
雷射是藉由受激所引发之辐射来进行光放大作用。此种观念，最早是由爱因斯坦于公元1917年所提出的。直到1954年，才由美国哥伦比亚大学的汤恩斯（Townes）将此观念实现，藉由NH3气体分子做成放大装置。
雷射光与其它的光源相比较，有四个特点：
（1）高亮度（Brightness）：
发光能力是选择光源的重要参考指标；亮度即为其中之一。亮度的定义为单位面积及单位立体角所辐射出的功率大小。太阳光的亮度约为103瓦／（厘米2立角）之量级，而普通的1mW氦氖雷射之亮度，却可高达$105瓦／（厘米2立体角）。若是用大功率的脉冲雷射，更可高达1014~1017瓦／（厘米2立体角），相差1011倍以上！（故，使用雷射时，不可使眼睛正对雷射光。）所以，雷射是亮度相当高的光源。
（2）高方向性（Directionality）：
意指雷射光有高度的指向性。普通的光源，如常见的灯泡、日光灯管等，其光发散角度都很大，即使光源本身有很高的强度，但向四面八方发散后，很快地就变弱了！可是，对雷射光，一般而言只有1毫弧度的发散角，看起来就是一条相当平行的光束。而这一特征，就成为雷射光应用在测距、准直、通讯等各方面的基础了。
（3）单色性（Monochromatity）：
一般光源，如太阳、白炽灯炮所发射出来的光线，乃是由许多不同频率者所组成的，从牛顿以三棱镜将太阳光散开成带状的彩色光谱即可得知。但雷射光的频率组成范围却非常狭窄，以致从外观看起来，激光束的颜色都非常地质纯。同时，由于具有单色性，也形成了极佳的相干性。
（4）高相干性（Coherence）：
所谓相干性，就是指一束光在时间与空间上关连的程度。相干程度的高低，决定是否能形成干涉。普通光源的相干性是极差的，所以是很难看到干涉现象的，而雷射光却不然，它有高度的相干性，很容易就能得到干涉结果。也就因此推动了干涉量测的发展，及与干涉相关连的全像摄影术和光信息处理了！
所以雷射和一般光源不同
不是靠灯泡发光更不是用LED
雷射主要由下列三个步骤形成
1.自发吸收：电子吸收光子从低能量变为到高能量 。
2.自发辐射：电子自发地透过释放光子从高能量再次变成较低能量 。
3.受激辐射：入射光子与释放的光子有相同的波长和相，此波长对应于两个不同能量的能量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就变成两个相同的光子。雷射是将大量的光子(photon)聚集在单一方向，使其具有高同调性及单一波长的特性，并利用光学系统将光在加工对象上聚集成一极小的范围，通常直径约在数百个微米(um)以下。物质表面吸光子所携带的能量，进而和材料进行交互作用而产生加工的效果，但随着波长所属范围的不同，其交互作用的机制却也有相当大的差异。
(五)雷射应用于医疗方面
1996 年全球医疗雷射市场较1995 年成长22%， 以外科用雷射（ 成长20%） 及眼科用雷射（ 成长25%） 成长最多， 而诊断用雷射市场则成长10%。眼科用雷射之成长归功于准分子雷射矫正视力， 外科用雷射则以CO2 雷射用于整容方面成长较多，由于雷射整容市场具有潜力，预测1997 年全球医疗雷射之市场仍将维持二位数之成长。
在厂商方面， 整容用CO2 雷射于表皮及皱纹去除方面1996年市场不错， 主要制造商有Coherent Medical、Sharplan、Luxar及TissueTechnologies 等， 而整容用染料雷射(pulsed) 或固态雷射用以去除刺青或染料方面之主要厂商为CanNela 、Cynosure 、SpectrumMedica)等。
在牙科方面， 用于软组织处理之雷射已行之有年， 近年来发展的主要方向为雷射对硬组织之效果（ 对蛀牙部份之去除等），Er:YAG 雷射于此方面极具潜力， 可望于1997 年进入市场。此外，利用雷射使牙齿变白亦是市场上之新应用， 主要厂商为Ion Laser Technology 及Premier Laer。
在光化学动力疗法方面， 虽有许多地区已使用此种技术治疗病患， 但美国FDA 仅对末期食道癌的患者核准使用此技术， 主要光感剂之制造者为Sanofi WrnthropPharmaceuticals 公司， 而诱发反应之雷射制造者则为Coherent 及Laserscope， 1997 年后期， 此技术之相关产业市场将发展起来， 此外， 利用光化学动力疗法于膀胱癌及眼内黑痣之变性疾病之治疗仍在临床试验。
在眼科方面， 应用雷射进行PhotorefractiveKeratectomy 治疗近视及其它疾病（ 远视、乱视） 在许多地区皆已实行， 在美国，1996 年有350 台雷射系统用于视力矫正， 约十万个病人利用雷射来做治疗， 至目前为止， 全球已有1500 台之准分子雷射对一百万个病人做治疗。
在整容方面， Candela 、Cynosure、Coherent、Laserscope 及ESCMedical System(nonlaser)利用雷射去除leg & spiderveins ， 在毛发去除方面， Palomar Medical Technologies 及LaserIndustries/Sharplan、Mehl/Biophile 正利用红宝石雷射进行临床试验， 预计1997 年可通过FDA 认证， 而ESCMedical 亦利用pulsed-light 进行毛发去除， 正待FDA 认证， 最近于此领域而获FDA 认证者为ThermoLase 之Q-Switched Nd:YAG 雷射系统。
医疗雷射的发展在技术方面是属于高层次， 对系统稳定性的
要求非常严格， 且产品上市前须经过卫生署的认证， 因此， 医疗
雷射产业的控制者非有强大的技术能力与雄厚的资本不可， 中小
企业不易进入， 也正因如此， 产品单价相当高， 市场的主控权在
欧、美、日等技术先进的国家。
国内目前医疗雷射系统均由国外进口， 主要的进口国以美国、以色列、日本为主。常见的厂牌有Sharplan、Surgilase 、Coherent、Summit 等， 代理商有长振及台湾仪器， 唯一制造商雷技公司将在'97 年推出20W 雷射手术刀。