Има широка гама лазерни системи с общо предназначение в различни приложения като обработка на материали, лазерна хирургия и дистанционно наблюдение, но много лазерни системи споделят общи ключови параметри. Установяването на общи термини за тези параметри предотвратява неправилна комуникация и разбирането им позволява лазерната система и компонентите да бъдат правилно специфицирани, за да отговарят на изискванията на приложението.
Основни параметри
Следващите основни параметри са най-основните понятия на лазерните системи и също така са критични за разбирането на по-напреднали точки.
1. Дължина на вълната(Типични единици: nm/um)
Дължината на вълната на лазера описва пространствената честота на излъчваната светлинна вълна. Различните материали ще имат уникални зависещи от дължината на вълната абсорбционни свойства при обработката на материала, което води до различни взаимодействия с материала. По същия начин атмосферното поглъщане и смущения ще имат различни ефекти върху определени дължини на вълните при дистанционно наблюдение, а в медицинските лазерни приложения различните комплекси ще имат различно поглъщане на определени дължини на вълните. Лазерите с по-къса дължина на вълната и лазерната оптика улесняват създаването на малки, прецизни характеристики с минимално периферно нагряване, тъй като фокусното петно е по-малко. Въпреки това, те обикновено са по-скъпи и по-податливи на повреди от лазерите с по-голяма дължина на вълната.
2. Сила и енергия(Типични единици: W/J)
Мощността на лазера се измерва във ватове (W) и се използва за описание на изходната оптична мощност на лазер с непрекъсната вълна (CW) или средната мощност на импулсен лазер. Импулсните лазери се характеризират и със своята импулсна енергия, която е пропорционална на средната мощност и обратно пропорционална на честотата на повторение на лазера. Енергията се измерва в джаули (J).
Лазерите с по-висока мощност и енергия обикновено са по-скъпи и произвеждат повече отпадна топлина. С нарастването на мощността и енергията става все по-трудно да се поддържа високо качество на лъча.
3. Продължителност на импулса(Типични единици: fs/ms)
Продължителността на лазерния импулс или ширината на импулса обикновено се определя като полупикова пълна ширина (FWHM) на мощността и времето на лазерната светлина. Свръхбързите лазери имат много предимства в редица приложения, включително прецизна обработка на материали и медицински лазери, и се характеризират с кратка продължителност на импулса от около пикосекунди (10-12 секунди) до атосекунди (10-18 секунди).
4. Скорост на повторение(Типични единици: Hz/MHz)
Скоростта на повторение или скоростта на повторение на импулса на импулсен лазер описва броя на импулсите, излъчвани за секунда, или импулсния интервал с обратно време. Както бе споменато по-рано, честотата на повторение е обратно пропорционална на импулсната енергия и пропорционална на средната мощност. Въпреки че честотата на повторение обикновено зависи от средата за лазерно усилване, тя може да варира в много случаи. По-високата честота на повторение води до по-кратко време на термична релаксация за повърхността и крайния фокус на лазерната оптика, което води до по-бързо нагряване на материала.
5. Кохерентна дължина(Типични единици: mm/m)
Лазерите са кохерентни, което означава, че има фиксирана връзка между фазовите стойности на електрическото поле в различни моменти или места. Това е така, защото за разлика от повечето други видове светлинни източници, лазерната светлина се произвежда чрез стимулирано излъчване. Кохерентността се влошава по време на разпространението , а кохерентната дължина на лазера определя разстоянието, върху което времевата кохерентност на лазера остава с определено качество.
6. Поляризация
Поляризацията определя посоката на електрическото поле на светлинната вълна, която винаги е перпендикулярна на посоката на разпространение. В повечето случаи лазерът ще бъде линейно поляризиран, което означава, че излъчваното електрическо поле винаги сочи в една и съща посока. Неполяризираната светлина ще има електрически полета, насочени в много различни посоки. Поляризацията обикновено се изразява като съотношението на силата на фокуса на светлината в две състояния на ортогонална поляризация, като 100:1 или 500:1.
Параметри на лъча
Следните параметри характеризират формата и качеството на лазерния лъч.
7. Диаметър на лъча(Типични единици: mm/cm)
Диаметърът на лъча на лазера характеризира напречното разширение на лъча или неговия физически размер, перпендикулярен на посоката на разпространение. Обикновено се определя като ширина 1/e2, която се определя от интензитета на лъча, достигащ 1/e2 (≈ 13,5%). При 1/e2 интензитетът на полето пада до 1/e (≈ 37%). Колкото по-голям е диаметърът на лъча, толкова по-голяма трябва да бъде оптиката и цялата система, за да се избегне съкращаването на лъча, което увеличава цената. Намаляването на диаметъра на лъча обаче увеличава плътността на мощността/енергията, което също може да бъде вредно.
8. Мощност или плътност на енергията(Типични единици: W/cm2,MW/cm2 или µJ/cm2,J/cm2)
Диаметърът на лъча е свързан с мощността/енергийната плътност на лазерния лъч или оптичната мощност/енергия на единица площ. Колкото по-голям е диаметърът на лъча, толкова по-малка е мощността/енергийната плътност на лъча с постоянна мощност или енергия. В крайната продукция на системата (напр. при лазерно рязане или заваряване) високата мощност/енергийна плътност обикновено е идеална, но вътре в системата ниската мощност/енергийна концентрация обикновено е от полза за предотвратяване на щети, предизвикани от лазера. Това също предотвратява йонизирането на въздуха в областта с висока мощност/енергийна плътност на лъча. Поради тези причини, наред с други, удължителите на лазерния лъч често се използват за увеличаване на диаметъра, като по този начин се намалява плътността на мощността/енергията вътре в лазерната система. Трябва обаче да се внимава да не се разшири лъчът твърде много, така че лъчът да бъде запушен от порите в системата, което води до загуба на енергия и потенциални щети.
9. Профил на лъча
Профилът на лъча на лазера описва разпределението на интензитета в напречното сечение на лъча. Общите профили на лъча включват Гаусов лъч и лъч с плосък връх, чиито профили на лъча следват функцията на Гаус и съответно функцията с плосък връх. Никой лазер обаче не може да произведе идеално Гаус или идеално плосък горен лъч, чийто профил на лъча съвпада точно с неговата характерна функция, тъй като винаги има определен брой горещи точки или колебания вътре в лазера. Разликата между действителния профил на лазерния лъч и идеалния профил на лъча обикновено се описва с метрика, която включва коефициента M2 на лазера.
10. Дивергенция(типична единица: mrad)
Въпреки че лазерните лъчи обикновено се смятат за колимиращи, те винаги съдържат известно количество отклонение, което описва степента, до която лъчът се отклонява на нарастващо разстояние от талията на лазерния лъч поради дифракция. В приложения с дълги работни разстояния, като системите liDAR, където обектите могат да бъдат на стотици метри от лазерната система, дивергенцията се превръща в особено важен проблем. Дивергенцията на лъча обикновено се определя от половин ъгъл на лазера, а дивергенцията (θ) на гаусов лъч се дефинира като:
θ═λ/πw0
λ е дължината на вълната на лазера, а w0 е талията на лазера.
Тези крайни параметри описват работата на лазерната система на изхода.
11. Размер на петното(Типична единица: µm)
Размерът на петното на фокусирания лазерен лъч описва диаметъра на лъча във фокусната точка на системата от фокусиращи лещи. В много приложения, като обработка на материали и медицинска хирургия, целта е да се минимизира размерът на петна. Това максимизира плътността на мощността и позволява създаването на особено фини характеристики. Асферичните лещи често се използват вместо традиционните сферични лещи за намаляване на сферичните аберации и създаване на по-малък размер на фокусното петно. Някои видове лазерни системи в крайна сметка не фокусират лазера на място, в който случай този параметър не се прилага.
12. Работна дистанция(типична единица: µm / m)
Работното разстояние на лазерната система обикновено се определя като физическото разстояние от крайния оптичен елемент (обикновено фокусираща леща) до обекта или повърхността, върху която е фокусиран лазерът. Някои приложения, като например медицински лазери, често се стремят да намалят работното разстояние, докато други приложения, като дистанционно наблюдение, често имат за цел да увеличат максимално обхвата на работното си разстояние.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. е високотехнологично предприятие, специализирано в научноизследователска и развойна дейност, производство и продажба на автоматична машина за лазерно облицоване, високоскоростна лазерна машина за облицовка, машина за лазерно охлаждане, машина за лазерно заваряване и оборудване за лазерно 3D принтиране. Нашите продукти са рентабилни и се продават в страната и чужбина. Ако се интересувате от нашите продукти, моля свържете се с нас на bob@gshenglaser.com.