Βασικές παράμετροι του συστήματος λέιζερ

Βασικές παράμετροι τουσύστημα λέιζερ

Σε πολυάριθμους τομείς εφαρμογών όπως η επεξεργασία υλικών, η χειρουργική με λέιζερ και η τηλεπισκόπηση, αν και υπάρχουν πολλοί τύποι συστημάτων λέιζερ, συχνά μοιράζονται ορισμένες κοινές βασικές παραμέτρους. Η καθιέρωση ενός ενιαίου συστήματος ορολογίας παραμέτρων μπορεί να βοηθήσει στην αποφυγή σύγχυσης στην έκφραση και να επιτρέψει στους χρήστες να επιλέγουν και να διαμορφώνουν συστήματα και εξαρτήματα λέιζερ με μεγαλύτερη ακρίβεια, καλύπτοντας έτσι τις ανάγκες συγκεκριμένων σεναρίων.

Βασικές παράμετροι

Μήκος κύματος (κοινές μονάδες: nm έως μm)

Το μήκος κύματος αντικατοπτρίζει τα χαρακτηριστικά συχνότητας των φωτεινών κυμάτων που εκπέμπονται από ένα λέιζερ στο διάστημα. Διαφορετικά σενάρια εφαρμογών έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για τα μήκη κύματος: Στην επεξεργασία υλικών, ο ρυθμός απορρόφησης των υλικών για συγκεκριμένα μήκη κύματος ποικίλλει, γεγονός που θα επηρεάσει το αποτέλεσμα της επεξεργασίας. Σε εφαρμογές τηλεπισκόπησης, υπάρχουν διαφορές στην απορρόφηση και την παρεμβολή διαφορετικών μηκών κύματος από την ατμόσφαιρα. Σε ιατρικές εφαρμογές, η απορρόφηση των λέιζερ από άτομα διαφορετικού χρώματος δέρματος ποικίλλει επίσης ανάλογα με το μήκος κύματος. Λόγω του μικρότερου εστιασμένου σημείου, τα λέιζερ μικρότερου μήκους κύματος καιοπτικές συσκευές λέιζερέχουν το πλεονέκτημα στη δημιουργία μικρών και ακριβών χαρακτηριστικών, παράγοντας πολύ μικρή περιφερειακή θέρμανση. Ωστόσο, σε σύγκριση με τα λέιζερ με μεγαλύτερα μήκη κύματος, είναι συνήθως πιο ακριβά και πιο επιρρεπή σε ζημιές.

2. Ισχύς και ενέργεια (Κοινές μονάδες: W ή J)

Η ισχύς του λέιζερ μετριέται συνήθως σε watt (W) και χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της εξόδου των συνεχών λέιζερ ή της μέσης ισχύος των παλμικών λέιζερ. Για τα παλμικά λέιζερ, η ενέργεια ενός μόνο παλμού είναι άμεσα ανάλογη με τη μέση ισχύ και αντιστρόφως ανάλογη με τη συχνότητα επανάληψης, με μονάδα το joule (J). Όσο υψηλότερη είναι η ισχύς ή η ενέργεια, τόσο υψηλότερο είναι συνήθως το κόστος του λέιζερ, τόσο μεγαλύτερη είναι η απαίτηση απαγωγής θερμότητας και η δυσκολία διατήρησης καλής ποιότητας δέσμης αυξάνεται επίσης ανάλογα.

Ενέργεια παλμού = μέσος ρυθμός επανάληψης ισχύος Ενέργεια παλμού = μέσος ρυθμός επανάληψης ισχύος

3. Διάρκεια παλμού (Κοινές μονάδες: fs έως ms)

Η διάρκεια ενός παλμού λέιζερ, γνωστή και ως πλάτος παλμού, ορίζεται γενικά ως ο χρόνος που χρειάζεται για ναλέιζερισχύς να ανέλθει στο μισό της μέγιστης τιμής της (FWHM) (Σχήμα 1). Το πλάτος παλμού των υπερταχέων λέιζερ είναι εξαιρετικά σύντομο, συνήθως κυμαίνεται από πικοδευτερόλεπτα (10⁻¹² δευτερόλεπτα) έως αττοδευτερόλεπτα (10⁻¹⁸ δευτερόλεπτα).

4. Ρυθμός επανάληψης (Κοινές μονάδες: Hz έως MHZ)

Ο ρυθμός επανάληψης ενόςπαλμικό λέιζερ(δηλαδή, η συχνότητα επανάληψης παλμού) περιγράφει τον αριθμό των παλμών που εκπέμπονται ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή το αντίστροφο της χρονικής απόστασης παλμών (Σχήμα 1). Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο ρυθμός επανάληψης είναι αντιστρόφως ανάλογος με την ενέργεια παλμού και άμεσα ανάλογος με τη μέση ισχύ. Αν και ο ρυθμός επανάληψης συνήθως εξαρτάται από το μέσο κέρδους λέιζερ, σε πολλές περιπτώσεις, ο ρυθμός επανάληψης μπορεί να ποικίλλει. Όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός επανάληψης, τόσο μικρότερος είναι ο χρόνος θερμικής χαλάρωσης της επιφάνειας του οπτικού στοιχείου λέιζερ και του τελικού εστιασμένου σημείου, επιτρέποντας έτσι στο υλικό να θερμαίνεται πιο γρήγορα.

5. Μήκος συνοχής (Κοινές μονάδες: mm έως cm)

Τα λέιζερ έχουν συνοχή, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει μια σταθερή σχέση μεταξύ των τιμών φάσης του ηλεκτρικού πεδίου σε διαφορετικούς χρόνους ή θέσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή τα λέιζερ παράγονται μέσω διεγερμένης εκπομπής, η οποία διαφέρει από τους περισσότερους άλλους τύπους πηγών φωτός. Κατά τη διάρκεια ολόκληρης της διαδικασίας διάδοσης, η συνοχή εξασθενεί σταδιακά και το μήκος συνοχής του λέιζερ καθορίζει την απόσταση στην οποία η χρονική του συνοχή διατηρεί μια ορισμένη μάζα.

6. Πόλωση

Η πόλωση ορίζει την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου των φωτεινών κυμάτων, η οποία είναι πάντα κάθετη στην κατεύθυνση διάδοσης. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα λέιζερ είναι γραμμικά πολωμένα, πράγμα που σημαίνει ότι το εκπεμπόμενο ηλεκτρικό πεδίο δείχνει πάντα προς την ίδια κατεύθυνση. Το μη πολωμένο φως παράγει ηλεκτρικά πεδία που δείχνουν προς πολλές διαφορετικές κατευθύνσεις. Ο βαθμός πόλωσης εκφράζεται συνήθως ως ο λόγος της οπτικής ισχύος δύο ορθογώνιων καταστάσεων πόλωσης, όπως 100:1 ή 500:1.