這是一個產業的故事，但先說點簡單的科學常識。激光是20世紀的重大科技發明之一，英文名“Laser”，1964年錢學森建議中文名為“激光”。激光的科學原理“受激輻射”是愛因斯坦1917年提出的，其實挺簡單的，高中物理知識就能理解。
愛因斯坦指出，處于高能級E2的粒子，當頻率為 V＝（E2－E1）／h的光子入射時（h是普朗克常數），粒子會以一定概率，迅速地從能級E2躍遷到能級E1，同時輻射一個與外來光子頻率、相位、偏振態以及傳播方向都相同的光子，這叫受激輻射。
看出厲害了不？一個光子變出另一個完全一樣的了，這兩光子接下去會干啥？沒錯，這兩個又去找別的粒子開火，變成四個了。這個過程就象核爆炸鏈式反應，光子數量迅速增加，相當于原來的光信號被放大了。“Laser”其實是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的縮寫。
這是愛因斯坦提出的又一個諾貝爾獎級別的理論成果，但是直到他去世5年以后的1960年，激光器才做出來。為啥要這么長時間？因為愛因斯坦論文中同時提出的“受激吸收”。光子可能碰上E1能級的粒子，把它變成E2能級，自己消失了，所謂的鏈式反應也就沒了。
一般材料都是受激吸收的粒子多于受激輻射的粒子（低能級E1的多于高能級E2的），所以光通過強度不會放大反而會降低。要產生激光，關鍵條件是“粒子數反轉”，高能級粒子多于低能級粒子。但這個其實也沒那么難，回頭看1930年代物理學家們就有能力做出來。
1960年美國做出激光器后一年，中國馬上就由王大珩院士領頭在1961年做出了中國第一臺激光器（王老2011年去世，剛被選為改革先鋒100人之一）。只是1930年代科學家對光學理論與技術不夠融匯貫通，沒想到去做，別的重大發現很多。這讓激光的發明過程多少有一些曲折離奇，是“Maser”（微波放大器）先搞出來，才做出了“Laser”。
美國哥倫比亞大學的物理學家查爾斯·湯斯二戰時搞過雷達，戰后美國海軍想搞出強大光束，湯斯接了任務。1954年，湯斯終于把Maser做出來了，雖然放大的是微波，但是這為Laser的發明作好了準備。1958年，湯斯又和同事兼姐夫的阿瑟·肖洛發現，將氖光燈泡發射的光照在一種稀土晶體上，晶體會發出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。
1960年，美國休斯實驗室的梅曼制成了世界上第一臺激光器，用高強閃光燈管來激發紅寶石。這里的關鍵是要有一個“光學諧振腔”，光通過晶體一次放大的倍數并不太高，但是如果兩頭貼上反射鏡，不斷來回放大，那就厲害了。一片反射鏡再少鍍點銀漏出一部分光，出來就是人們熟悉的單向性極好的激光了。肖洛的貢獻是，把這個光學研究者已經熟悉的手法，引入到激光領域了。湯斯獲得了1964年諾貝爾物理學獎，肖洛是1981年獲得諾貝爾物理學獎的，可能是1964年名額不夠了。
1964年因為激光和湯斯同時獲得諾獎的是兩位蘇聯物理學家，尼古拉·巴索夫和亞歷山大·普羅霍羅夫。那年頭蘇聯物理學家也非常厲害，巴索夫提出的半導體激光器發展出了后來的神器：光纖激光器。
巴索夫、普羅霍羅夫和湯斯的團隊一樣，1955年也搞出了一個“Maser”，氨分子束微波激發器，然后自然會想到激光。巴索夫的貢獻是，他1958年公開發表論文提出了用半導體制造激光器的想法（在半導體里實現“粒子數反轉”的理論描述），1961年又發表了“載流子注入”PN結的文章，并在1963年造出了PN結半導體激光器（美國人按他提出的原理先造出來）。
半導體激光器不如出現在教科書上的紅寶石激光器名氣大，但是專家們顯然清楚半導體激光器的理論意義，潛力要更大，所以三人并列的諾獎給了兩個蘇聯的一個美國的。
半導體激光器的優點非常多：電子直接變成光子，電光轉換效率高達50％以上，比其它類型的激光器高多了；使用壽命長達10萬小時以上，比其它類型長很多；半導體還能調制輸出，別的類型辦不到；體積小、重量輕、性價比高，半導體比紅寶石之類的材料要便宜。
其實要理解半導體激光器的優點并不難，雖然一般人可能沒留意，但是LED（發光二極管）燈是人人都見過的。LED發光的原理就是載流子在PN結里復合時，將多余能量用光的形勢放出來，電流直接變成光，而不是象白熾燈泡那樣要把燈絲燒熱。所以LED燈相對傳統燈泡有一堆優點，色彩多、光強可調制、壽命長、成本低之類的，就和上面說的半導體激光器的優點差不多。半導體激光，可以理解成在LED發光的原理上，再加上光學諧振腔的放大效應，而且這個諧振腔也不必新建，在半導體內部就有了。
激光是罕見的一發明出來立刻就能實用的技術，1961年就用來動手術了。因為激光的特性實在太突出了，所有光子的一致性特別好，對著一個方向，能量作用于一點，可以比太陽耀眼上百萬倍。拿功率大點的激光對準什么東西，切割搞加工都可以。切割、焊接、測量、打標各種用途很多，在通信、工業加工、醫療、美容等無數個行業應用，不斷替換傳統工藝。
現在我們來聊光纖激光器。2017年全球工業激光器銷售額20億美元，其中48％是光纖激光器。光纖激光器的關鍵人物是俄羅斯人瓦倫京·加彭切夫（Valentin Gapontsev）。
加彭切夫生于1939年，是激光材料物理領域的資深科學家，蘇聯科學院無線電工程及電子科學研究實驗室的負責人，正宗的蘇聯技術出身。蘇聯以及解體后的俄羅斯人似乎辦企業不太靈，但是加彭切夫行！加彭切夫1990年創立了IPG光子，2006年在納斯達克上市（簡稱IPGP），2017年營收14億美元，目前市值60億美元，是業界最知名的光纖激光器企業。加彭切夫持有IPG近半股份，是億萬富豪，雖然79歲了仍然任公司董事會主席和CEO。
2009年，加彭切夫獲得了美國激光協會頒發的阿瑟·肖洛獎，這是業界對他學術成就的認可。2010年，加彭切夫獲得了俄羅斯國家科技獎，是俄羅斯科技最高榮譽。其實加彭切夫是俄羅斯美國雙重國籍，IPG公司總部在美國馬薩諸塞，制造工廠在美國、德國、俄羅斯和意大利。但是加彭切夫獲這個獎是名正言順的，公司的創立發展與蘇聯俄羅斯關系很深。
讓加彭切夫榮譽等身又發了大財的光纖激光器是什么東西？沒有光纖激光器之前，市場上用來作材料處理的工業激光主要是氣體激光器和晶體激光器。氣體激光器，典型代表是CO2激光器。晶體激光器代表是YAG激光器，YAG指的是添加釹或鐿的釔鋁石榴石。
激光打標就是用激光在金屬或非金屬材料上打上精美圖案文字。CO2激光機以CO2作為工作物質負責產生激光輻射，一起充入放電管的還有輔助氣體氮氣和氦氣。電極上加高壓時，放電管中產生輝光放電，使氣體分子釋放出激光，能量放大后，形成激光束。打標就通過電腦控制振鏡，改變激光束光路實現自動打標。CO2激光機體積大、結構復雜、維護困難。
YAG激光器，需要用氪氣或氙氣燈管作為“泵浦燈”，發出光來照到Nd：YAG晶體產生激光。泵浦燈的發射光譜是寬帶連續譜，僅少數光譜峰被Nd離子吸收，大部份沒被吸收的光譜能量轉成了熱能，所以能量的使用率偏低。
雖然說CO2和YAG激光器有這樣那樣的缺點，但是搞出來的大功率激光在工業界還是很有用的。工業界常有這樣的例子，老一代產品把市場培養起來，工藝切換，然后新一代產品又實現效率提升。光纖激光器就是用來提升效率的。
前面說了，半導體激光器優點很多，但是為什么開始沒發展起來？因為它有一個致命弱點：發出來的激光質量不行。晶體激光器的輸出光束質量高，有很高的時間和空間相干性，號稱發射一束激光到月球上只有2公里的光斑。半導體激光器的光譜線寬與光束發散角，比晶體激光器要高幾個量級，主要功能不行，那一堆優點就意義不大了。
一個辦法是，讓半導體激光器當晶體激光器的泵浦，把二者的優勢結合起來。半導體激光器發出的光源，經過晶體激光器“優化”之后，形成高質量的光束再發出去。但是這個方案也有問題，塊狀晶體吸收波長短的高能量光子，轉化為波長較長的低能量光子，總有一部分能量以無輻射躍遷的方式轉換為熱能。這部分熱能如果在塊狀晶體中散不出去，那就要命了，一會就燒毀了，所以散熱問題很重要。
如果能把塊狀晶體做成細長條，散熱面積就非常大了，能解決問題，這其實就是做成光纖的樣子。1964年就有人做出了玻璃激光器，晶體用的就是光纖，雖然光源不是半導體激光器的。但那時光纖本身也沒發展起來，缺陷很大，光源很難聚焦到光纖，所以這條路線20多年沒什么進展。
到1980年代，作為泵浦的半導體激光器進展很大，光纖隨著網絡通信的大發展也進步非常大，光纖激光器的技術條件慢慢成熟了。1987年英國南安浦頓大學和美國貝爾實驗室證明了摻鉺光纖放大器的可行性，取得了關鍵的科研突破。但是產業突破是加彭切夫1990年創立的IPG堅持多年后實現的。光纖激光器是非常高端的高科技，涉及多個學科。作為泵浦的半導體激光器的功率要能做大，光纖的放大性能也要不斷改進。光纖改進的絕招就是在里面加各種稀土元素。IPG是典型的西方國家高科技企業，研發很不簡單，產品利潤率也高達50％～60％。
光纖激光器有半導體激光器的一系列優點，又有晶體激光器光束質量高的優點。從產業上來說，比起CO2激光器和YAG激光器，光纖激光器的優點一目了然，優勢大到沒什么好比的。光纖激光器有絕對理想的光束質量，又有半導體激光器超高的轉換效率，又象光纖和LED燈一樣完全免維護，穩定性高，體積還很小，真的是非常完美的產品。
當然，高科技新產品出來都有一個缺點：貴。對IPG來說，這不是問題，有這么多優點的激光器，賣高價是理所當然的，就算成本高企業也能夠大發展。
