Hi ha una àmplia gamma de sistemes làser d'ús general en diverses aplicacions, com ara el processament de materials, la cirurgia làser i la teledetecció, però molts sistemes làser comparteixen paràmetres clau en comú. L'establiment de termes comuns per a aquests paràmetres evita la mala comunicació, i la comprensió d'ells permet especificar correctament el sistema làser i els components per complir els requisits de l'aplicació.
Paràmetres bàsics
Els següents paràmetres bàsics són els conceptes més bàsics dels sistemes làser i també són crítics per entendre punts més avançats.
1. Longitud d'ona(Unitats típiques: nm/um)
La longitud d'ona del làser descriu la freqüència espacial de l'ona de llum emesa. Els diferents materials tindran propietats d'absorció úniques depenent de la longitud d'ona en el processament del material, donant lloc a diferents interaccions amb el material. De la mateixa manera, l'absorció i la interferència atmosfèrica tindran efectes diferents en determinades longituds d'ona en teledetecció, i en aplicacions de làser mèdic, diversos complexos tindran una absorció diferent en determinades longituds d'ona. Els làsers de longitud d'ona més curta i l'òptica làser faciliten la creació de característiques petites i precises amb un escalfament perifèric mínim perquè el punt focal és més petit. Tanmateix, generalment són més cars i més propensos a patir danys que els làsers de longitud d'ona més llarga.
2. Potència i energia(Unitats típiques: W/J)
La potència d'un làser es mesura en watts (W) i s'utilitza per descriure la potència òptica de sortida d'un làser d'ona contínua (CW) o la potència mitjana d'un làser polsat. Els làsers polsats també es caracteritzen per la seva energia de pols, que és proporcional a la potència mitjana i inversament proporcional a la freqüència de repetició del làser. L'energia es mesura en joules (J).
Els làsers de major potència i energia són generalment més cars i produeixen més calor residual. A mesura que augmenten la potència i l'energia, és cada cop més difícil mantenir una alta qualitat del feix.
3. Durada del pols(Unitats típiques: fs/ms)
La durada del pols làser o l'amplada del pols es defineix normalment com l'amplada total de mig pic (FWHM) de la potència i el temps de la llum làser. Els làsers ultraràpides tenen molts avantatges en una sèrie d'aplicacions, com ara el processament de materials de precisió i els làsers mèdics, i es caracteritzen per durades de pols curtes d'uns picosegons (10-12 segons) a attosegons (10-18 segons).
4. Velocitat de repetició(Unitats típiques: Hz/MHz)
La freqüència de repetició o freqüència de repetició de pols d'un làser polsat descriu el nombre de polsos emesos per segon o l'interval de pols de temps invers. Com s'ha esmentat anteriorment, la taxa de repetició és inversament proporcional a l'energia del pols i proporcional a la potència mitjana. Tot i que la freqüència de repetició sol depèn del mitjà de guany del làser, pot variar en molts casos. La taxa de repetició més alta es tradueix en un temps de relaxació tèrmica més curt per a la superfície i l'enfocament final de l'òptica làser, el que condueix a un escalfament més ràpid del material.
5. Longitud de coherència(Unitats típiques: mm/m)
Els làsers són coherents, la qual cosa significa que hi ha una relació fixa entre els valors de fase del camp elèctric en diferents moments o llocs. Això es deu al fet que, a diferència de la majoria d'altres tipus de fonts de llum, la llum làser es produeix per emissió estimulada. La coherència es degrada al llarg de la propagació. , i la longitud de coherència d'un làser defineix la distància sobre la qual la coherència temporal del làser roman d'una certa qualitat.
6. Polarització
La polarització defineix la direcció del camp elèctric d'una ona de llum, que sempre és perpendicular a la direcció de propagació. En la majoria dels casos, el làser estarà polaritzat linealment, és a dir, el camp elèctric emès sempre apunta en la mateixa direcció. La llum no polaritzada tindrà camps elèctrics que apunten en moltes direccions diferents. La polarització normalment s'expressa com la relació de la força focal de la llum en dos estats de polarització ortogonal, com ara 100:1 o 500:1.
Paràmetres del feix
Els paràmetres següents caracteritzen la forma i la qualitat del raig làser.
7. Diàmetre del feix(Unitats típiques: mm/cm)
El diàmetre del feix d'un làser caracteritza l'extensió transversal del feix, o la seva mida física perpendicular a la direcció de propagació. Normalment es defineix com una amplada d'1/e2, que es defineix per la intensitat del feix que arriba a 1/e2 (≈ 13,5%). A 1/e2, la intensitat del camp baixa a 1/e (≈ 37%). Com més gran sigui el diàmetre del feix, més gran ha de ser l'òptica i el sistema global per evitar que el feix es trunqui, augmentant així el cost. Tanmateix, una reducció del diàmetre del feix augmenta la densitat de potència/energia, que també pot ser perjudicial.
8. Potència o densitat d'energia(Unitats típiques: W/cm2, MW/cm2 o µJ/cm2, J/cm2)
El diàmetre del feix està relacionat amb la densitat de potència/energia del raig làser o la potència/energia òptica per unitat d'àrea. Com més gran sigui el diàmetre del feix, menor serà la densitat de potència/energia d'un feix amb potència o energia constant. En la sortida final d'un sistema (p. ex. en tall làser o soldadura), una densitat de potència/energia elevada sol ser ideal, però dins del sistema, una concentració de potència/energia baixa sol ser beneficiosa per evitar danys induïts per làser. Això també evita que la regió d'alta potència/densitat energètica del feix ionitzi l'aire. Per aquests motius, entre d'altres, sovint s'utilitzen extensors de raig làser per augmentar el diàmetre, reduint així la densitat de potència/energia dins del sistema làser. Tanmateix, s'ha de tenir cura de no expandir massa el feix de manera que el feix s'obstrueixi dels porus del sistema, donant lloc a malbaratament d'energia i danys potencials.
9. Perfil de biga
El perfil del feix d'un làser descriu la distribució d'intensitat a través de la secció transversal del feix. Els perfils de feix comuns inclouen el feix gaussià i el feix plana, els perfils del feix segueixen la funció gaussiana i la funció de capçalera plana respectivament. Tanmateix, cap làser pot produir un feix superior perfectament gaussià o perfectament pla el perfil del feix del qual coincideix exactament amb la seva funció característica, perquè sempre hi ha un cert nombre de punts calents o fluctuacions dins del làser. La diferència entre el perfil de feix real d'un làser i el perfil de feix ideal normalment es descriu mitjançant una mètrica que inclou el factor M2 del làser.
10. Divergència(unitat típica: mrad)
Encara que els raigs làser es consideren generalment col·limants, sempre contenen una certa quantitat de divergència, que descriu fins a quin punt el feix divergeix a una distància creixent des de la cintura del raig làser a causa de la difracció. En aplicacions amb llargues distàncies de treball, com els sistemes liDAR, on els objectes poden estar a centenars de metres del sistema làser, la divergència es converteix en un problema especialment important. La divergència del feix es defineix normalment pel mig angle del làser, i la divergència (θ) d'un feix gaussià es defineix com:
θ═λ/πw0
λ és la longitud d'ona del làser i w0 és la cintura del làser.
Aquests paràmetres finals descriuen el rendiment del sistema làser a la sortida.
11. Mida del punt(Unitat típica: µm)
La mida del punt del raig làser enfocat descriu el diàmetre del feix al punt focal del sistema de lent d'enfocament. En moltes aplicacions, com el processament de materials i la cirurgia mèdica, l'objectiu és minimitzar la mida de la taca. Això maximitza la densitat de potència i permet la creació de característiques especialment fines. Sovint s'utilitzen lents asfèriques en lloc de les lents esfèriques tradicionals per reduir les aberracions esfèriques i produir una mida de punt focal més petita. Alguns tipus de sistemes làser no acaben enfocant el làser al punt, en aquest cas aquest paràmetre no s'aplica.
12. Distància de treball(unitat típica: µm/m)
La distància de treball d'un sistema làser es defineix generalment com la distància física des de l'element òptic final (generalment una lent d'enfocament) fins a l'objecte o superfície en què s'enfoca el làser. Algunes aplicacions, com ara els làsers mèdics, sovint busquen minimitzar la distància de treball, mentre que altres aplicacions, com la teledetecció, sovint pretenen maximitzar el seu rang de distància de treball.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. és una empresa d'alta tecnologia especialitzada en R + D, fabricació i venda de màquines de revestiment làser automàtica, màquines de revestiment làser d'alta velocitat, màquines d'extinció làser, màquina de soldadura làser i equips d'impressió làser 3D. Els nostres productes són rendibles i es venen a nivell nacional i estranger. Si esteu interessats en els nostres productes, poseu-vos en contacte amb nosaltres a bob@gshenglaser.com.