与传统的单色仪相比，可调谐染料激光器可以在一个窄光谱波段内提供高得多的功率，成为了强有力的研究工具。可调谐染料激光器使20世纪70年代产生了一系列光谱上得突破，包括1981年arthur schawlow获得诺贝尔物理学奖的工作。染料激光器仍然是具有许多实际缺点的复杂设备，包括染料寿命和光谱范围有限。

　　固态振动激光器是可调谐激光器发展中的另一大进展，其中发光离子同时改变振动和电子能级。麻省理工学院（mit）林肯实验室的peter moulton发明的钛宝石激光器，基本调谐范围为675～1100nm，远远超过任何染料激光器（见图2）。钛宝石激光也可以倍频到较短的波长。

图3：具有激光手术所需的直接带隙的iii - v族化合物的半导体二极管激光器的波长与晶格间距之间的关系。

　　energy bandgap(ev)：能量带隙（电子伏特）

　　lattice constant(nm)：晶格常数（nm）

　　blue：蓝光

　　visible light：可见光

　　red：红光

　　半导体二极管激光器的增益带宽无法比拟钛宝石激光器，但可在谐振腔中实现可调谐。加州大学圣巴巴拉分校（ucsb）的larry coldren发明了取样光栅分布式布拉格反射激光器，其中一对具有不同周期的分布式布拉格反射镜作为腔镜。电流或温度变化可改变光栅的共振，从而调谐激光。光纤传输器中的软件，可以将可调谐激光器的输出设定在一个固定的波长。

　　半导体激光器波长调节

　　半导体激光器的输出波长取决于发射层中材料的带隙。早期，半导体二极管激光器中的带隙由二元iii–v族化合物的性质决定，随后技术上的进步使得通过调节半导体的组分和结构来调节波长成为可能。

　　首先是发展三元化合物，如镓铝砷（gaalas），它能够与砷化镓（gaas）衬底晶格匹配，当铝的成分增加时，发射波长蓝移。然而，gaalas并不能够与gaas的晶格非常好地匹配，因此最关键的一步是四元化合物，如ingaasp，这提供了匹配晶格间距以及所需波长的第二个自由度。mit林肯实验室的j. jim hsieh实现了这一步，1977年他报道了室温下运行的ingaasp激光器输出1.25μm的激光。随后不久，也是在inp衬底上，成分略有不同的ingaasp激光器问世，应用于1.3μm和1.55μm的低损耗光纤窗口。通过调整四种元素的组分，ingaasp激光器的输出波长覆盖了一个重要的波长范围（见图3）。

　　通过优化gaas衬底激光器的发射材料组分，可将其输出波长拓展到红光范围，例如使用algainp可使输出波长短至620nm。此后，1996年日亚公司（nichia）的shuji nakamura发明了氮化铟镓（gainn）半导体激光器，激光跨入了光谱的蓝光波段。蓝光半导体激光器目前属于标准产品，但绿光半导体激光器仍然很难实现。在今年1月份的photonics west 2010会议上，startup kaai公司的nakamura报道已经开发出了523nm的ingan半导体激光器，填补了在半导体激光器在输出光谱中的空缺。

　　光泵浦使半导体激光器能够实现其他输出波长，同时避免了需要高电流密度通过半导体。这摆脱了设计上的约束，因此量子阱结构能够实现其他激光器无法得到的波长。泵浦二极管照射薄半导体碟片的表面，该碟片的表面附近具有量子阱层，量子阱在外腔中共振并发光，产生高强度、高质量的光束。这些装置被称为opsl（光泵浦半导体激光器）或vecsel（垂直外腔表面发射激光器），基本输出在近红外，可在激光腔内倍频成可见光。其设计可与特定波长匹配，如氦镉激光器的441nm激光，或治疗糖尿病视网膜病的557nm黄光。

　　另一种新颖的结构是1994年由贝尔实验室的federico capasso发明的量子级联激光器，这种激光器中的电子在一个偏置的半导体中通过量子阱堆叠。在每个量子阱中，电子落到导带中更低的次能级，并发射一个光子，这个光子的波长取决于激光器的结构和组成。量子级联激光器提供了获得中、远红外波段难以实现的激光波长的方便途径，还可用于产生太赫兹频率。

　　其他激光源和展望

　　今天的激光光源目录提供了丰富的波长，这在激光时代的前几个十年中是很难想像的。此外，非线性光学提供了产生新的波长的强大工具。高功率飞秒脉冲的高次谐波产生，可以产生极紫外波段的相干光。非线性过程可以产生一个倍频程或更宽的超连续谱，以及飞秒频率梳，这是一项获得诺贝尔奖的创新，能够以惊人的精度测量光频。

　　现在，我们甚至可以在20世纪70年代john madey发明的自由电子激光器（fel）中产生自由电子的受激辐射。fel原理适用于从红外线到x射线范畴。今天，slac相干光源提供波长0.15～1.5nm的相干x射线。

　　激光器的输出波长已经走过了漫长的道路，我们现在有极为丰富的激光工具，用于各式各样的应用场合。当然，在接下来的半个世纪，我们在拓展激光器输出波长方面仍然面临着诸多挑战。