Obstaja širok nabor laserskih sistemov za splošno uporabo v različnih aplikacijah, kot so obdelava materialov, laserska kirurgija in daljinsko zaznavanje, vendar imajo številni laserski sistemi skupne ključne parametre. Vzpostavitev skupnih izrazov za te parametre preprečuje napačno komunikacijo, njihovo razumevanje pa omogoča pravilno določitev laserskega sistema in komponent za izpolnjevanje aplikacijskih zahtev.
Osnovni parametri
Naslednji osnovni parametri so najosnovnejši koncepti laserskih sistemov in so prav tako ključni za razumevanje naprednejših točk.
1. Valovna dolžina(Tipične enote: nm/um)
Valovna dolžina laserja opisuje prostorsko frekvenco oddanega svetlobnega vala. Različni materiali bodo imeli pri obdelavi materiala edinstvene absorpcijske lastnosti, odvisne od valovne dolžine, kar bo povzročilo različne interakcije z materialom. Podobno bodo imele atmosferska absorpcija in motnje različne učinke na določene valovne dolžine pri daljinskem zaznavanju, v medicinskih laserskih aplikacijah pa bodo imeli različni kompleksi različno absorpcijo na določenih valovnih dolžinah. Laserji s krajšo valovno dolžino in laserska optika olajšajo ustvarjanje majhnih, natančnih funkcij z minimalnim perifernim segrevanjem, ker je žariščna točka manjša. Vendar pa so na splošno dražji in bolj nagnjeni k poškodbam kot laserji z daljšo valovno dolžino.
2. Moč in energija(Tipične enote: W/J)
Moč laserja se meri v vatih (W) in se uporablja za opis izhodne optične moči laserja z neprekinjenim valovanjem (CW) ali povprečne moči impulznega laserja. Za pulzne laserje je značilna tudi energija impulza, ki je sorazmerna s povprečno močjo in obratno sorazmerna s hitrostjo ponavljanja laserja. Energija se meri v joulih (J).
Laserji z večjo močjo in energijo so na splošno dražji in proizvajajo več odpadne toplote. Ko moč in energija naraščata, postaja vse težje vzdrževati visoko kakovost žarka.
3. Trajanje impulza(Tipične enote: fs/ms)
Trajanje laserskega impulza ali širina impulza je običajno opredeljena kot polna polna širina (FWHM) moči in časa laserske svetlobe. Ultrahitri laserji imajo številne prednosti v številnih aplikacijah, vključno z natančno obdelavo materialov in medicinskimi laserji, zanje pa je značilno kratko trajanje impulza od približno pikosekund (10-12 sekund) do atosekund (10-18 sekund).
4. Stopnja ponavljanja(Tipične enote: Hz/MHz)
Hitrost ponavljanja ali hitrost ponavljanja impulza pulzirajočega laserja opisuje število oddanih impulzov na sekundo ali obratni časovni interval impulza. Kot smo že omenili, je hitrost ponavljanja obratno sorazmerna z energijo impulza in sorazmerna s povprečno močjo. Čeprav je hitrost ponavljanja običajno odvisna od medija laserskega ojačanja, se lahko v mnogih primerih razlikuje. Višja stopnja ponavljanja povzroči krajši čas toplotne relaksacije za površino in končni fokus laserske optike, kar vodi do hitrejšega segrevanja materiala.
5. Dolžina skladnosti(Tipične enote: mm/m)
Laserji so koherentni, kar pomeni, da obstaja fiksno razmerje med faznimi vrednostmi električnega polja ob različnih časih ali lokacijah. To je zato, ker lasersko svetlobo za razliko od večine drugih vrst svetlobnih virov proizvaja stimulirana emisija. Koherenca se med širjenjem poslabša , koherenčna dolžina laserja pa določa razdaljo, na kateri ostane časovna koherenca laserja določene kakovosti.
6. Polarizacija
Polarizacija določa smer električnega polja svetlobnega vala, ki je vedno pravokotna na smer širjenja. V večini primerov bo laser linearno polariziran, kar pomeni, da oddano električno polje vedno kaže v isto smer. Nepolarizirana svetloba bo imela električna polja, usmerjena v veliko različnih smeri. Polarizacija je običajno izražena kot razmerje žariščne jakosti svetlobe v dveh ortogonalnih polarizacijskih stanjih, na primer 100:1 ali 500:1.
Parametri žarka
Naslednji parametri označujejo obliko in kakovost laserskega žarka.
7. Premer žarka(Tipične enote: mm/cm)
Premer žarka laserja označuje prečno razširitev žarka ali njegovo fizično velikost pravokotno na smer širjenja. Običajno je opredeljena kot širina 1/e2, ki je definirana z jakostjo žarka, ki doseže 1/e2 (≈ 13,5 %). Pri 1/e2 jakost polja pade na 1/e (≈ 37 %). Večji kot je premer žarka, večja morata biti optika in celoten sistem, da preprečite prirezovanje žarka in s tem povečanje stroškov. Vendar pa zmanjšanje premera žarka poveča gostoto moči/energije, kar je lahko tudi škodljivo.
8. Moč ali gostota energije(Tipične enote: W/cm2, MW/cm2 ali µJ/cm2, J/cm2)
Premer žarka je povezan z gostoto moči/energije laserskega žarka ali optično močjo/energijo na enoto površine. Večji kot je premer žarka, manjša je gostota moči/energije žarka s konstantno močjo ali energijo. Pri končnem izhodu sistema (npr. pri laserskem rezanju ali varjenju) je visoka gostota moči/energije običajno idealna, znotraj sistema pa je nizka koncentracija moči/energije običajno koristna za preprečevanje poškodb, ki jih povzroči laser. To tudi preprečuje, da bi območje visoke gostote moči/energije žarka ioniziralo zrak. Zaradi teh razlogov se med drugim pogosto uporabljajo podaljški laserskega žarka za povečanje premera, s čimer se zmanjša gostota moči/energije v laserskem sistemu. Vendar pa je treba paziti, da se žarek ne razširi preveč, da bi bil žarek oviran iz por v sistemu, kar bi povzročilo izgubljeno energijo in potencialno škodo.
9. Profil žarka
Profil žarka laserja opisuje porazdelitev intenzitete po prečnem prerezu žarka. Običajni profili žarkov vključujejo Gaussov žarek in žarek z ravnim vrhom, katerih profili žarkov sledijo Gaussovi funkciji oziroma funkciji s ploščatim vrhom. Vendar noben laser ne more proizvesti popolnoma Gaussovega ali popolnoma ravnega vrhnjega žarka, katerega profil žarka natančno ustreza njegovi značilni funkciji, ker je znotraj laserja vedno določeno število vročih točk ali nihanj. Razlika med dejanskim profilom žarka laserja in idealnim profilom žarka je običajno opisana z metriko, ki vključuje faktor M2 laserja.
10. Razhajanje(tipična enota: mrad)
Čeprav laserski žarki na splošno veljajo za kolimativne, vedno vsebujejo določeno količino divergence, ki opisuje obseg, do katerega se žarek zaradi difrakcije razhaja na vse večji razdalji od pasu laserskega žarka. Pri aplikacijah z velikimi delovnimi razdaljami, kot so sistemi liDAR, kjer so lahko predmeti več sto metrov oddaljeni od laserskega sistema, postane divergenca še posebej pomemben problem. Divergenca žarka je običajno opredeljena s polovičnim kotom laserja, divergenca (θ) Gaussovega žarka pa je definirana kot:
θ═λ/πw0
λ je valovna dolžina laserja, w0 pa pas laserja.
Ti končni parametri opisujejo delovanje laserskega sistema na izhodu.
11. Velikost točke(Tipična enota: µm)
Velikost točke fokusiranega laserskega žarka opisuje premer žarka v gorišču sistema leč za fokusiranje. V številnih aplikacijah, kot sta obdelava materialov in medicinska kirurgija, je cilj zmanjšati velikost pike. To poveča gostoto moči in omogoča ustvarjanje posebej drobnozrnatih funkcij. Asferične leče se pogosto uporabljajo namesto tradicionalnih sferičnih leč, da zmanjšajo sferične aberacije in ustvarijo manjšo velikost goriščne točke. Nekatere vrste laserskih sistemov ne izostrijo laserja na točko, v tem primeru ta parameter ne velja.
12. Delovna razdalja(tipična enota: µm / m)
Delovna razdalja laserskega sistema je na splošno definirana kot fizična razdalja od končnega optičnega elementa (običajno leče za fokusiranje) do predmeta ali površine, na katero je laser fokusiran. Nekatere aplikacije, kot so medicinski laserji, si pogosto prizadevajo čim bolj zmanjšati delovno razdaljo, druge aplikacije, kot je daljinsko zaznavanje, pa si pogosto prizadevajo povečati obseg delovne razdalje.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je visokotehnološko podjetje, specializirano za raziskave in razvoj, proizvodnjo in prodajo avtomatskega laserskega stroja za oblaganje, visokohitrostnega laserskega stroja za oblaganje, laserskega kalilnega stroja, laserskega varilnega stroja in opreme za lasersko 3D tiskanje. Naši izdelki so stroškovno učinkoviti in se prodajajo doma in v tujini. Če vas zanimajo naši izdelki, nas kontaktirajte na bob@gshenglaser.com.