Σημαντικές παράμετροι χαρακτηρισμού απόδοσης του συστήματος λέιζερ

1. Μήκος κύματος (μονάδα: nm έως μm)

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

Η διαφορά μεταξύ διαφορετικών μηκών κύματος του λέιζερ:

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

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

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

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

Το υπέρυθρο λέιζερ είναι το πιο ειδικό, ανάλογα με το εύρος μήκους κύματος και το πεδίο εφαρμογής, το μήκος κύματος του υπέρυθρου λέιζερ βρίσκεται γενικά στην περιοχή των 700nm-1mm. Η υπέρυθρη ζώνη μπορεί να χωριστεί περαιτέρω σε τρεις υποζώνες: εγγύς υπέρυθρη (NIR), μέση υπέρυθρη (MIR) και άπω υπέρυθρη (FIR). Το εύρος μήκους κύματος εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι περίπου 750nm-1400nm, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε επικοινωνία οπτικών ινών, βιοϊατρική απεικόνιση και εξοπλισμό υπέρυθρης νυχτερινής όρασης.

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 ενέργεια παλμού τους είναι ανάλογη με τη μέση ισχύ και αντιστρόφως ανάλογη με τον ρυθμό επανάληψης του παλμού, και τα λέιζερ με υψηλότερη ισχύ και ενέργεια συνήθως παράγουν περισσότερη απορριπτόμενη θερμότητα.

Οι περισσότερες δέσμες λέιζερ έχουν προφίλ δέσμης 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 δέσμες Gauss, έχουν σταθερό προφίλ ακτινοβολίας κατά μήκος της διατομής της δέσμης λέιζερ και ταχεία μείωση της έντασης. Επομένως, τα λέιζερ με επίπεδη κορυφή 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 παλμού λέιζερ (δηλαδή το πλάτος παλμού) είναι ο χρόνος που χρειάζεται το λέιζερ για να φτάσει στο μισό της μέγιστης οπτικής ισχύος (FWHM).

 

4. Ρυθμός επανάληψης (μονάδα: Hz έως MHz)

Ο ρυθμός επανάληψης ενόςπαλμικό λέιζερ(δηλαδή ο ρυθμός επανάληψης παλμών) περιγράφει τον αριθμό των παλμών που εκπέμπονται ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή το αντίστροφο της χρονικής ακολουθίας μεταξύ των παλμών. Ο ρυθμός επανάληψης είναι αντιστρόφως ανάλογος με την ενέργεια του παλμού και 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 αλλάξει. Ένας υψηλότερος ρυθμός επανάληψης έχει ως αποτέλεσμα μικρότερο χρόνο θερμικής χαλάρωσης για την επιφάνεια και την τελική εστίαση του οπτικού στοιχείου λέιζερ, γεγονός που με τη σειρά του οδηγεί σε ταχύτερη θέρμανση του υλικού.

5. Απόκλιση (τυπική μονάδα: mrad)

Παρόλο που οι δέσμες λέιζερ θεωρούνται γενικά ως ευθυγραμμιζόμενες, 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 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 υλικών και η ιατρική χειρουργική, ο στόχος είναι η ελαχιστοποίηση του μεγέθους της κηλίδας. Αυτό μεγιστοποιεί την πυκνότητα ισχύος και επιτρέπει τη δημιουργία ιδιαίτερα λεπτών χαρακτηριστικών. Οι ασφαιρικοί φακοί χρησιμοποιούνται συχνά αντί για τους παραδοσιακούς σφαιρικούς φακούς για τη μείωση των σφαιρικών εκτροπών και την παραγωγή μικρότερου μεγέθους εστιακού κηλίδας.

7. Απόσταση εργασίας (μονάδα: μm έως m)

Η λειτουργική απόσταση ενός συστήματος λέιζερ ορίζεται συνήθως ως η φυσική απόσταση από το τελικό οπτικό στοιχείο (συνήθως έναν φακό εστίασης) έως το αντικείμενο ή την επιφάνεια στην οποία εστιάζει το λέιζερ. Ορισμένες εφαρμογές, όπως τα ιατρικά λέιζερ, συνήθως επιδιώκουν την ελαχιστοποίηση της λειτουργικής απόστασης, ενώ άλλες, όπως η τηλεπισκόπηση, συνήθως στοχεύουν στη μεγιστοποίηση του εύρους λειτουργικής απόστασης.