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1958年のレーザーの発明以来、科学、軍事、医療、商業分野において、数多くのレーザー応用が開発されてきた。コヒーレンス、高い単色性、そして極めて高い出力を実現できる能力は、これらの特殊な応用を可能にする特性である。
科学分野では、レーザーは以下のような様々な用途に利用されています。
レーザーは、マイクロサンプリングシステムとして分光分析に間接的に使用されることもあり、この技術はレーザーアブレーション（LA）と呼ばれ、通常はICP-MS装置に適用され、強力なLA-ICP-MSが実現される。
レーザー分光法の原理については、デムトロダーが論じている。[ 3 ]
ほとんどの種類のレーザーは本質的に純粋な光源であり、波長範囲が非常に明確に定義されたほぼ単色光を放出します。レーザー部品を慎重に設計することで、レーザー光の純度（「線幅」として測定）は他のどの光源よりも向上させることができます。このため、レーザーは分光法にとって非常に有用な光源となります。小さくよくコリメートされたビームで得られる高強度の光は、試料に非線形光学効果を誘起するためにも使用でき、ラマン分光法などの技術を可能にします。レーザーに基づくその他の分光技術は、さまざまな分子の極めて高感度な検出器を作成するために使用でき、10¹² ppt レベルの分子濃度を測定できます。レーザーによって達成可能な高出力密度により、ビーム誘起原子放出が可能になります。この技術はレーザー誘起ブレークダウン分光法（LIBS）と呼ばれます。
レーザーを用いた熱処理により、部品の歪みをほとんど、あるいは全く生じさせることなく、摩耗に対する選択的な表面硬化が可能になります。これにより、従来行われていた部品の再加工が大幅に削減されるため、レーザーシステムの設備投資は短期間で回収できます。また、 CO2レーザービームを用いた熱処理プロセス中に従来の塗料コーティングで発生するヒュームを排除する、レーザー熱処理用の不活性吸収性コーティングも開発されました。
熱処理工程の成功に不可欠な要素の一つは、部品表面におけるレーザービームの照射強度を制御することである。最適な照射強度分布は、レーザーと材料の相互作用における熱力学と部品の形状によって決まる。
一般的に、500～5000 W/cm²の照射強度は熱力学的制約を満たし、表面の急速加熱と必要な総熱入力の最小化を可能にします。一般的な熱処理では、均一な正方形または長方形のビームが最適な選択肢の一つです。特殊な用途や、部品の端や角で熱処理を行う場合は、溶融を防ぐために端付近の照射強度を低下させる方が良い場合があります。
研究によると、科学者は高エネルギーレーザーを使用して、いつか雨や雷雨（およびその他の気象現象の微調整）を誘発できるようになる可能性がある。このような画期的な技術は、干ばつを根絶し、気象関連の災害を軽減し、気象資源を必要とする地域に配分するのに役立つ可能性がある。[ 4 ] [ 5 ]
アポロ計画の宇宙飛行士たちが月を訪れた際、月面レーザー測距実験を可能にするために、反射鏡アレイを設置しました。地球上の大型望遠鏡でレーザー光線をアレイに向けて集光し、光線が地球に反射して戻ってくるまでの時間を測定することで、地球と月の間の距離を高精度で測定します。
モード同期というプロセスによって、一部のレーザーシステムはピコ秒やフェムト秒（ 10⁻¹²～10⁻¹⁵秒）という極めて短い光パルスを生成できます。このようなパルスは、光化学と呼ばれる手法で化学反応を開始および分析するために使用できます。短いパルスを用いることで、反応過程を非常に高い時間分解能でプローブすることができ、短寿命の中間分子を検出することが可能です。この方法は、タンパク質の折り畳みや機能の詳細を分析する生化学において特に有用です。
レーザーバーコードスキャナーは、直線状のコードや積み重ねられた記号を高速で読み取る必要がある用途に最適です。
近年成功を収めている技術の一つに、レーザー冷却があります。これは原子トラップと呼ばれる手法で、多数の原子を特殊な形状の電場と磁場の配置内に閉じ込めます。イオンや原子に特定の波長の光を照射すると、それらの動きが遅くなり、冷却されます。このプロセスを繰り返していくと、すべての原子の動きが遅くなり、エネルギー準位が同じになるため、ボーズ・アインシュタイン凝縮体と呼ばれる特異な物質構造が形成されます。
世界で最も強力で複雑なマルチレーザーと光増幅器の組み合わせのいくつかは、極めて短時間の極めて高強度の光パルスを生成するために使用されています。例えば、レーザーエネルギー研究所、国立点火施設、GEKKO XII、ナイキレーザー、レーザーメガジュール、HiPERなどです。これらのパルスは、トリチウムと重水素のペレットにあらゆる方向から同時に衝突するように配置されており、衝突による圧縮効果によってペレット内で原子核融合が誘発されることを期待しています。この「慣性閉じ込め核融合」として知られる技術は、これまでのところ「損益分岐点」を達成できていません。つまり、これまでのところ、核融合反応によって生成されるエネルギーは、レーザーを駆動するために使用されるエネルギーよりも少ないのですが、国立点火施設での実験では、反応を駆動するレーザーに含まれるエネルギーよりも多くのエネルギーを生成する核融合反応を実証することができました。[ 6 ]
数十フェムト秒という超短パルスで、最大10²³ W/cm²という超高強度のレーザーパルスを生成する強力なレーザーは、従来の加速器よりもはるかに大きな加速勾配を実現します。この特性は、電子と荷電イオンの両方を高エネルギーまで加速するために用いられる、いくつかのプラズマ加速技術で活用されています。
共焦点レーザー走査顕微鏡と二光子励起顕微鏡は、レーザーを用いて、様々な深さにある厚い試料のブレのない画像を取得する。 レーザーマイクロダイセクションは、顕微鏡下で組織切片から特定の細胞集団を採取するためにレーザーを使用する。
その他のレーザー顕微鏡技術には、高調波顕微鏡、四光波混合顕微鏡[ 7 ]、干渉顕微鏡[ 8 ]などがあります。
レーザー兵器は、レーザーを基にした指向性エネルギー兵器である。
防御的な対抗手段は、小型で低出力の赤外線対抗手段から、高出力の空中レーザーシステムまで多岐にわたる。赤外線対抗システムは、レーザーを用いて赤外線誘導ミサイルのシーカーヘッドを混乱させる。
レーザーを使って人を混乱させるだけの武器もある。そのような武器の一つがタレス社のグリーンレーザー光学式警告装置である。[ 9 ]
レーザー誘導とは、レーザー光線を用いてミサイルやその他の発射体、あるいは車両を目標まで誘導する技術である。
レーザーのもう一つの軍事用途は、レーザー目標指示器としての利用です。これは、航空機から発射される精密誘導弾の目標を示すために使用される低出力レーザーポインターです。誘導弾は、目標から反射されたレーザー光に照準を合わせるように飛行経路を調整し、高い精度で照準を合わせます。レーザー目標指示器のビームは、誘導弾に設定されたパルスレートと一致するように設定されており、弾薬が指定された目標に命中し、周辺で使用されている可能性のある他のレーザービームに追従しないようにします。レーザー指示器は、航空機または近くの歩兵によって目標に照射されます。この目的で使用されるレーザーは通常赤外線レーザーであるため、敵は誘導レーザー光を容易に検出できません。
レーザーは、ほとんどの銃器用途において、他の兵器システムの照準精度を高めるためのツールとして使用されてきました。例えば、レーザーサイトは、拳銃やライフルに取り付けられ、銃身と平行にビームを発射するように調整された、通常は可視光レーザーの小型装置です。レーザービームは発散角が小さいため、レーザー光は遠距離でも小さな点として見えます。ユーザーはその点を目的の標的に合わせ、銃身を照準します（ただし、弾道落下、風による影響、ビームの方向と銃身軸との距離、弾丸が移動する間の標的の動きは必ずしも考慮されていません）。
ほとんどのレーザー照準器は赤色レーザーダイオードを使用しています。その他は赤外線ダイオードを使用して、肉眼では見えないが暗視装置で検出可能なドットを生成します。銃器用適応型ターゲット捕捉モジュールLLM01レーザーライトモジュールは、可視光と赤外線のレーザーダイオードを組み合わせています。1990年代後半には、緑色ダイオード励起固体レーザー（DPSS）レーザー照準器（532 nm）が利用可能になりました。
アメリカ空軍は、敵の武器発射能力を一時的に阻害したり、敵部隊への脅威を奪ったりするために、非致死性レーザー兵器を開発した。この装置は、無害な低出力レーザー光を相手に照射し、対象を眩惑させたり、方向感覚を失わせたり、逃走させたりする効果がある。現在、数種類の眩惑装置が市販されており、一部は実戦で使用されている。
レーザーを用いて失明させる可能性は依然として残っている。これは比較的低い出力レベルで済み、携帯可能な装置でも容易に実現できるからである。しかし、ほとんどの国は、敵を意図的に永久的に失明させることは戦争法で禁じられていると考えている（失明用レーザー兵器に関する議定書を参照）。中国のZM-87など、いくつかの国が失明用レーザー兵器を開発しているが、いずれも試作段階を過ぎたとは考えられていない。
軍事用途と重なる用途に加えて、レーザーの広く知られた法執行機関での用途としては、ライダーを用いて車両の速度を測定することが挙げられる。
ホログラフィック照準器は、レーザーダイオードを使用して、照準器の平面ガラス光学窓に組み込まれたレティクルのホログラムを照射します。ユーザーは光学窓を通して、視野上の離れた場所に重ねて表示される十字線レティクル画像を見ます。[ 10 ]
産業用レーザーの用途は、レーザーの出力に応じて、材料加工と微細材料加工の2つのカテゴリーに分類できる。
材料加工では、平均光出力が 1 キロワットを超えるレーザーが主に工業用材料加工用途に使用されます。この出力閾値を超えると、これらのレーザーを低出力のレーザーと区別する光学系に関連する熱の問題が発生します。[ 11 ] 50～300 W の範囲のレーザーシステムは、主にポンピング、プラスチック溶接、はんだ付け用途に使用されます。300 W を超えるレーザーは、ろう付け、薄板金属溶接、板金切断用途に使用されます。必要な輝度 (ビームパラメータ積で測定) は、ろう付けや薄板金属溶接よりも切断用途の方が高くなります。[ 12 ]硬化、クラッディング、深溶け込み溶接 などの高出力用途では、数 kW の光出力が必要であり、幅広い工業プロセスで使用されます。
マイクロマテリアル加工は、1キロワット未満のすべてのレーザー材料加工アプリケーションを含むカテゴリです。[ 13 ] マイクロマテリアル加工におけるレーザーの使用は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、LEDテレビのスクリーンの開発と製造に幅広く応用されています。[ 14 ]
産業用および商業用レーザー用途の詳細なリストは以下のとおりです。
