Podstawowe parametry systemu laserowego

Podstawowe parametrysystem laserowy

W wielu dziedzinach zastosowań, takich jak obróbka materiałów, chirurgia laserowa i teledetekcja, pomimo istnienia wielu rodzajów systemów laserowych, często mają one pewne wspólne podstawowe parametry. Ustanowienie ujednoliconego systemu terminologii parametrów może pomóc uniknąć nieporozumień w ich formułowaniu i umożliwić użytkownikom dokładniejszy wybór oraz konfigurację systemów laserowych i ich komponentów, spełniając tym samym potrzeby konkretnych scenariuszy.

Parametry podstawowe

Długość fali (jednostki popularne: nm do μm)

Długość fali odzwierciedla charakterystykę częstotliwościową fal świetlnych emitowanych przez laser w przestrzeni kosmicznej. Różne scenariusze zastosowań mają różne wymagania dotyczące długości fali: W obróbce materiałów, szybkość absorpcji materiałów dla określonych długości fali jest zmienna, co wpływa na efekt przetwarzania. W zastosowaniach teledetekcyjnych występują różnice w absorpcji i interferencji różnych długości fali przez atmosferę. W zastosowaniach medycznych absorpcja laserów przez osoby o różnym kolorze skóry również różni się w zależności od długości fali. Ze względu na mniejszą ogniskową, lasery o krótszej długości fali iurządzenia optyczne laseroweMają przewagę w tworzeniu małych i precyzyjnych detali, generując bardzo mało ciepła obwodowego. Jednak w porównaniu z laserami o dłuższych falach są zazwyczaj droższe i bardziej podatne na uszkodzenia.

2. Moc i energia (jednostki wspólne: W lub J)

Moc lasera jest zazwyczaj mierzona w watach (W) i służy do pomiaru mocy wyjściowej laserów ciągłych lub średniej mocy laserów impulsowych. W przypadku laserów impulsowych energia pojedynczego impulsu jest wprost proporcjonalna do mocy średniej i odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości powtarzania, a jednostką jest dżul (J). Im wyższa moc lub energia, tym wyższy jest zazwyczaj koszt lasera, większe wymagania dotyczące rozpraszania ciepła, a tym samym wzrasta trudność utrzymania dobrej jakości wiązki.

Energia impulsu = średnia częstotliwość powtarzania mocy Energia impulsu = średnia częstotliwość powtarzania mocy

3. Czas trwania impulsu (jednostki wspólne: fs do ms)

Czas trwania impulsu laserowego, znany również jako szerokość impulsu, jest ogólnie definiowany jako czas potrzebny nalasermoc, która wzrasta do połowy swojej mocy szczytowej (FWHM) (rysunek 1). Szerokość impulsu ultrakrótkich laserów jest niezwykle krótka, zazwyczaj waha się od pikosekund (10⁻¹² sekund) do attosekund (10⁻¹⁸ sekund).

4. Częstotliwość powtarzania (jednostki standardowe: Hz do MHz)

Częstotliwość powtarzanialaser pulsacyjny(tj. częstotliwość powtarzania impulsów) opisuje liczbę impulsów emitowanych na sekundę, czyli odwrotność odstępu między impulsami (rysunek 1). Jak wspomniano wcześniej, częstotliwość powtarzania jest odwrotnie proporcjonalna do energii impulsu i wprost proporcjonalna do mocy średniej. Chociaż częstotliwość powtarzania zazwyczaj zależy od ośrodka wzmocnienia lasera, w wielu przypadkach może się zmieniać. Im wyższa częstotliwość powtarzania, tym krótszy jest czas relaksacji termicznej powierzchni elementu optycznego lasera i końcowego punktu skupienia, co umożliwia szybsze nagrzewanie się materiału.

5. Długość koherencji (jednostki wspólne: mm do cm)

Lasery charakteryzują się koherencją, co oznacza, że ​​istnieje stała zależność między wartościami faz pola elektrycznego w różnych momentach lub położeniach. Wynika to z faktu, że lasery są generowane przez emisję wymuszoną, co różni je od większości innych rodzajów źródeł światła. W trakcie całego procesu propagacji koherencja stopniowo słabnie, a długość koherencji lasera definiuje odległość, w której jego koherencja czasowa utrzymuje określoną masę.

6. Polaryzacja

Polaryzacja definiuje kierunek pola elektrycznego fal świetlnych, który jest zawsze prostopadły do ​​kierunku propagacji. W większości przypadków lasery są spolaryzowane liniowo, co oznacza, że ​​emitowane pole elektryczne zawsze jest skierowane w tym samym kierunku. Światło niespolaryzowane generuje pola elektryczne skierowane w wielu różnych kierunkach. Stopień polaryzacji jest zazwyczaj wyrażany jako stosunek mocy optycznej dwóch ortogonalnych stanów polaryzacji, np. 100:1 lub 500:1.