Įvairiose srityse, tokiose kaip medžiagų apdorojimas, lazerinė chirurgija, nuotolinis stebėjimas ir ypačlazerinis žymėjimas, yra įvairių įprastų lazerinių sistemų. Daugelis šių lazerinių sistemų turi bendrus parametrus. Nustačius universalius šių parametrų terminus galima išvengti klaidingo pateikimo, o supratę šiuos terminus galite teisingai nurodyti lazerines sistemas ir komponentus, kad atitiktų jūsų taikomuosius poreikius.
1 pav. Įprastos lazerinės medžiagų apdorojimo sistemos schema, kurioje 10 pagrindinių lazerinės sistemos parametrų pavaizduoti atitinkamais skaičiais
NR.1 Bangos ilgis: Lazerio bangos ilgis yra pagrindinis parametras, apibūdinantis skleidžiamos šviesos bangos erdvinį dažnį. Skirtingų bangų ilgių lazeriai atlieka tam tikrus vaidmenis įvairiose srityse. Apdorojant medžiagas, skirtingos medžiagos turi skirtingas absorbcijos charakteristikas skirtingiems bangos ilgiams, todėl sąveika su medžiaga taip pat skiriasi. Trumpesnio bangos ilgio lazeriai ir lazerinė optika turi pranašumų, nes sukuria mažas ir tikslias funkcijas, su mažesniu periferiniu šildymu. Tačiau šie įrenginiai paprastai yra brangesni ir trapesni, palyginti su ilgesnio bangos ilgio lazeriais.
NR.2 Galia: Lazerio galia paprastai matuojama vatais (W), naudojama apibūdinti nuolatinių bangų (CW) lazerių optinę galią arba vidutinę impulsinių lazerių galią. Impulsinių lazerių charakteristika yra ta, kad jų impulsų energija yra tiesiogiai proporcinga vidutinei galiai ir atvirkščiai proporcinga pasikartojimo dažniui. Energijos vienetas yra džauliai (J). Todėl impulsų energiją galima apskaičiuoti padalijus vidutinę galią iš pasikartojimo dažnio.
2 pav. Vizualiai pavaizduotas ryšys tarp impulsų energijos, pasikartojimo dažnio ir vidutinės impulsinių lazerių galios, didesnės galios ir energijos lazeriai paprastai yra brangesni ir generuoja daugiau atliekinės šilumos. Didėjant galiai ir energijai, tampa vis sunkiau išlaikyti tolimosios šviesos kokybę.
NR.3 Impulso trukmė:Lazerio impulso trukmė arba impulso plotis paprastai apibrėžiamas kaip laikas, per kurį lazeris pasiekia pusę didžiausios optinės galios (FWHM). Itin greitiems lazeriams būdinga trumpa impulsų trukmė – nuo pikosekundžių (10-12 sekundės) iki atosekundžių (10-18 sekundės).
3 pav. Impulsinio lazerio impulsų intervalas yra pasikartojimo dažnio atvirkštinė vertė
NR.4 Pasikartojimo dažnis:Impulsinio lazerio pasikartojimo dažnis apibūdina impulsų, skleidžiamų per sekundę, skaičių, kuris yra laiko intervalo tarp impulsų atvirkštinė vertė. Priešingai nei buvo minėta anksčiau, pasikartojimo dažnis yra atvirkščiai proporcingas impulso energijai ir tiesiogiai proporcingas vidutinei galiai. Didesnis pasikartojimo dažnis reiškia, kad lazerio optinio elemento paviršiaus ir galutinės sufokusuotos vietos terminio atsipalaidavimo laikas yra trumpesnis, todėl medžiagos įkaitimo greitis yra greitesnis.
NR.5 Darnos ilgis:Lazeriai turi koherentiškumą, o tai reiškia, kad tarp elektrinio lauko fazių verčių skirtingu laiku ar padėtyse yra fiksuotas ryšys. Ši charakteristika kyla dėl to, kad lazeriai gaminami stimuliuojamos spinduliuotės būdu, kuri skiriasi nuo daugelio kitų šviesos šaltinių tipų. Nors sklidimo metu lazerio koherentiškumas palaipsniui silpnės, lazerio koherentiškumo ilgis apibrėžia atstumą, kuriuo jo laiko koherentiškumas išlieka tam tikrame lygyje.
NR.6 Poliarizacija:Poliarizacija apibrėžia šviesos bangos elektrinio lauko kryptį, kuri visada yra statmena sklidimo krypčiai. Daugeliu atvejų lazeris yra tiesiškai poliarizuotas, tai yra, skleidžiamas elektrinis laukas visada nukreiptas ta pačia kryptimi. Priešingai, nepoliarizuota šviesa sukurs elektrinius laukus, nukreiptus įvairiomis kryptimis. Poliarizacija paprastai išreiškiama kaip šviesos galios santykis tarp dviejų stačiakampių poliarizacijos būsenų, tokių kaip 100:1 arba 500:1.
NR.7 Sijos skersmuo: Lazerio pluošto skersmuo apibūdina pluošto šoninį išplėtimą, tai yra fizinį dydį, statmeną sklidimo krypčiai. Paprastai spindulio skersmuo apibrėžiamas ties 1/e² pločiu, tai yra taške, kur spindulio intensyvumas pasiekia 1/e² (apie 13,5%) didžiausios vertės. Šiuo metu elektrinio lauko stiprumas sumažėja iki 1/e (apie 37%) didžiausios vertės. Kuo didesnis spindulio skersmuo, tuo didesnių optinių komponentų ir visos sistemos reikia, kad būtų išvengta spindulio nukirpimo, todėl padidėja išlaidos. Tačiau sumažinus pluošto skersmenį, padidės galios / energijos tankis, o tai taip pat turės neigiamą poveikį.
NR.8 Galia arba energijos tankis: Galia arba energijos tankis reiškia pluošto galią arba energiją ploto vienetui. Spindulio skersmuo yra glaudžiai susijęs su galios / energijos tankiu. Kai spindulio galia arba energija išlieka pastovi, kuo didesnis pluošto skersmuo, tuo mažesnis galios/energijos tankis. Apskritai didelio galios / energijos tankio lazeriai yra ideali galutinė sistemos galia, pvz., pjovimo lazeriu ar suvirinimo lazeriu. Tačiau mažo galios / energijos tankio lazeriai yra naudingi sistemai viduje, gali sumažinti lazerių daromą žalą ir neleisti didelės galios / didelio energijos tankio spindulio jonizuoti oro.
NR.9 Sijos profilis: Sijos profilis apibūdina sijos pasiskirstymo intensyvumą skerspjūvyje. Įprasti sijų profiliai apima Gauso ir plokščio viršaus sijas, o jų sijų profiliai atitinka atitinkamai Gauso ir plokščio viršaus funkcijas. Tačiau kadangi lazerio viduje visada yra tam tikras karštųjų taškų arba virpesių skaičius, joks lazeris negali sukurti tobulo Gauso pluošto arba tobulo plokščio pluošto, kuris puikiai atitinka idealų pluošto profilį. Skirtumas tarp tikrojo lazerio pluošto profilio ir idealaus pluošto profilio paprastai apibūdinamas keliais matavimo indikatoriais (įskaitant lazerio M² koeficientą).
NR.10 Divergencija:Nors žmonės paprastai mano, kad lazerio spindulys yra kolimuota šviesa, iš tikrųjų lazerio spindulys visada turės tam tikrą skirtumą. Divergencija apibūdina pluošto difuzijos laipsnį pluošto juosmens atžvilgiu po sklidimo dideliu atstumu dėl difrakcijos. Taikymuose, kuriuose veikia dideli atstumai, pavyzdžiui, lazerinių radarų sistemose, kur taikinys ir lazerinė sistema gali būti nutolę vienas nuo kito šimtus metrų, skirtumai tampa ypač svarbia problema. Spindulio divergencija paprastai apibrėžiama lazerio pusės kampu, o Gauso pluošto divergencijos kampas (θ) apibrėžiamas kaip λ yra lazerio bangos ilgis, o w 0 yra lazerio spindulio juosta.
NR.11 Vietos dydis: Taško dydis apibūdina sufokusuoto lazerio spindulio, esančio fokusavimo lęšių sistemos židinyje, skersmenį. Daugelyje programų, tokių kaip medžiagų apdorojimas ir medicininė chirurgija, mūsų tikslas yra sumažinti dėmės dydį. Tai gali padidinti galios tankį ir sukurti ypač puikių savybių. Asferiniai lęšiai dažnai naudojami pakeičiant tradicinius sferinius lęšius, siekiant sumažinti sferines aberacijas ir sumažinti dėmės dydį. Kai kurių tipų lazerinėse sistemose lazeris galiausiai nesufokusuos lazerio į tašką, todėl šiuo atveju šis parametras netaikomas.
5 pav. Italijos technologijos institute atlikti mikroapdirbimo lazeriu eksperimentai rodo, kad nanosekundžių lazerinio gręžimo sistemos abliacijos efektyvumas padidėja dešimt kartų, kai dėmės dydis sumažėja nuo 220 mikronų iki 9 mikronų esant pastoviam srautui.
