Σημαντικές παράμετροι χαρακτηρισμού απόδοσης συστήματος λέιζερ

1. Μήκος κύματος (μονάδα: nm έως μm)

Ομήκος κύματος λέιζεραντιπροσωπεύει το μήκος κύματος του ηλεκτρομαγνητικού κύματος που μεταφέρει το λέιζερ. Σε σύγκριση με άλλους τύπους φωτός, ένα σημαντικό χαρακτηριστικό τουλέιζερείναι ότι είναι μονόχρωμο, που σημαίνει ότι το μήκος κύματός του είναι πολύ καθαρό και έχει μόνο μία καλά καθορισμένη συχνότητα.

Η διαφορά μεταξύ διαφορετικών μηκών κύματος λέιζερ:

Το μήκος κύματος του κόκκινου λέιζερ είναι γενικά μεταξύ 630nm-680nm και το φως που εκπέμπεται είναι κόκκινο και είναι επίσης το πιο κοινό λέιζερ (χρησιμοποιείται κυρίως στον τομέα του ιατρικού φωτός σίτισης κ.λπ.).

Το μήκος κύματος του πράσινου λέιζερ είναι γενικά περίπου 532 nm, (χρησιμοποιείται κυρίως στον τομέα της εμβέλειας λέιζερ κ.λπ.).

Το μπλε μήκος κύματος λέιζερ είναι γενικά μεταξύ 400nm-500nm (χρησιμοποιείται κυρίως για χειρουργική επέμβαση λέιζερ).

Laser UV μεταξύ 350nm-400nm (χρησιμοποιείται κυρίως στη βιοϊατρική).

Το υπέρυθρο λέιζερ είναι το πιο ιδιαίτερο, σύμφωνα με το εύρος μήκους κύματος και το πεδίο εφαρμογής, το υπέρυθρο μήκος κύματος λέιζερ βρίσκεται γενικά στην περιοχή 700nm-1mm. Η ζώνη υπερύθρων μπορεί περαιτέρω να χωριστεί σε τρεις υποζώνες: κοντινό υπέρυθρο (NIR), μεσαίο υπέρυθρο (MIR) και μακρινό υπέρυθρο (FIR). Το εύρος μήκους κύματος κοντά στο υπέρυθρο είναι περίπου 750nm-1400nm, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως στην επικοινωνία οπτικών ινών, στη βιοϊατρική απεικόνιση και στον εξοπλισμό νυχτερινής όρασης υπέρυθρης ακτινοβολίας.

2. Ισχύς και ενέργεια (μονάδα: W ή J)

Ισχύς λέιζερχρησιμοποιείται για να περιγράψει την οπτική ισχύ εξόδου ενός λέιζερ συνεχούς κύματος (CW) ή τη μέση ισχύ ενός παλμικού λέιζερ. Επιπλέον, τα παλμικά λέιζερ χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι η παλμική τους ενέργεια είναι ανάλογη με τη μέση ισχύ και αντιστρόφως ανάλογη με το ρυθμό επανάληψης του παλμού, και τα λέιζερ με μεγαλύτερη ισχύ και ενέργεια συνήθως παράγουν περισσότερη σπατάλη θερμότητας.

Οι περισσότερες ακτίνες λέιζερ έχουν προφίλ ακτίνας Gauss, επομένως η ακτινοβολία και η ροή είναι και οι δύο υψηλότερες στον οπτικό άξονα του λέιζερ και μειώνονται καθώς αυξάνεται η απόκλιση από τον οπτικό άξονα. Άλλα λέιζερ έχουν προφίλ δέσμης με επίπεδη κορυφή, τα οποία, σε αντίθεση με τις ακτίνες Gauss, έχουν σταθερό προφίλ ακτινοβολίας σε όλη τη διατομή της δέσμης λέιζερ και ταχεία μείωση της έντασης. Επομένως, τα λέιζερ επίπεδης κορυφής δεν έχουν μέγιστη ακτινοβολία. Η μέγιστη ισχύς μιας δέσμης Gauss είναι διπλάσια από μια δέσμη με επίπεδη κορυφή με την ίδια μέση ισχύ.

3. Διάρκεια παλμού (μονάδα: fs έως ms)

Η διάρκεια του παλμού λέιζερ (δηλ. πλάτος παλμού) είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να φτάσει το λέιζερ τη μισή της μέγιστης οπτικής ισχύος (FWHM).

 

4. Ρυθμός επανάληψης (μονάδα: Hz έως MHz)

Ο ρυθμός επανάληψης του απαλμικό λέιζερ(δηλαδή ο ρυθμός επανάληψης παλμών) περιγράφει τον αριθμό των παλμών που εκπέμπονται ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή το αντίστροφο της απόστασης παλμών της χρονικής ακολουθίας. Ο ρυθμός επανάληψης είναι αντιστρόφως ανάλογος με την ενέργεια του παλμού και ανάλογος με τη μέση ισχύ. Αν και ο ρυθμός επανάληψης εξαρτάται συνήθως από το μέσο απολαβής λέιζερ, σε πολλές περιπτώσεις, ο ρυθμός επανάληψης μπορεί να αλλάξει. Ένας υψηλότερος ρυθμός επανάληψης έχει ως αποτέλεσμα μικρότερο χρόνο θερμικής χαλάρωσης για την επιφάνεια και την τελική εστίαση του οπτικού στοιχείου λέιζερ, που με τη σειρά του οδηγεί σε ταχύτερη θέρμανση του υλικού.

5. Απόκλιση (τυπική μονάδα: mrad)

Αν και οι ακτίνες λέιζερ θεωρούνται γενικά ως παραλληλιζόμενες, περιέχουν πάντα μια ορισμένη ποσότητα απόκλισης, η οποία περιγράφει τον βαθμό στον οποίο η δέσμη αποκλίνει σε μια αυξανόμενη απόσταση από τη μέση της δέσμης λέιζερ λόγω της περίθλασης. Σε εφαρμογές με μεγάλες αποστάσεις εργασίας, όπως τα συστήματα liDAR, όπου τα αντικείμενα μπορεί να βρίσκονται εκατοντάδες μέτρα μακριά από το σύστημα λέιζερ, η απόκλιση γίνεται ένα ιδιαίτερα σημαντικό πρόβλημα.

6. Μέγεθος κηλίδας (μονάδα: μm)

Το μέγεθος κηλίδας της εστιασμένης δέσμης λέιζερ περιγράφει τη διάμετρο της δέσμης στο εστιακό σημείο του συστήματος φακών εστίασης. Σε πολλές εφαρμογές, όπως η επεξεργασία υλικού και η ιατρική χειρουργική, ο στόχος είναι να ελαχιστοποιηθεί το μέγεθος της κηλίδας. Αυτό μεγιστοποιεί την πυκνότητα ισχύος και επιτρέπει τη δημιουργία ιδιαίτερα λεπτών χαρακτηριστικών. Οι ασφαιρικοί φακοί χρησιμοποιούνται συχνά αντί των παραδοσιακών σφαιρικών φακών για τη μείωση των σφαιρικών εκτροπών και την παραγωγή μικρότερου μεγέθους εστιακού σημείου.

7. Απόσταση εργασίας (μονάδα: μm έως m)

Η απόσταση λειτουργίας ενός συστήματος λέιζερ ορίζεται συνήθως ως η φυσική απόσταση από το τελικό οπτικό στοιχείο (συνήθως ένας φακός εστίασης) μέχρι το αντικείμενο ή την επιφάνεια στην οποία εστιάζει το λέιζερ. Ορισμένες εφαρμογές, όπως τα ιατρικά λέιζερ, συνήθως επιδιώκουν να ελαχιστοποιήσουν την απόσταση λειτουργίας, ενώ άλλες, όπως η τηλεπισκόπηση, συνήθως στοχεύουν στη μεγιστοποίηση της απόστασης λειτουργίας τους.