Existuje široká škála univerzálnych laserových systémov v rôznych aplikáciách, ako je spracovanie materiálov, laserová chirurgia a diaľkové snímanie, ale mnohé laserové systémy majú spoločné kľúčové parametre. Stanovenie spoločných pojmov pre tieto parametre zabraňuje nesprávnej komunikácii a ich pochopenie umožňuje správne špecifikovať laserový systém a komponenty tak, aby spĺňali požiadavky aplikácie.
Základné parametre
Nasledujúce základné parametre sú najzákladnejšími konceptmi laserových systémov a sú tiež dôležité pre pochopenie pokročilejších bodov.
1. Vlnová dĺžka(Typické jednotky: nm/um)
Vlnová dĺžka lasera opisuje priestorovú frekvenciu vyžarovanej svetelnej vlny. Rôzne materiály budú mať jedinečné absorpčné vlastnosti závislé od vlnovej dĺžky pri spracovaní materiálu, čo vedie k rôznym interakciám s materiálom. Podobne atmosferická absorpcia a interferencia budú mať rôzne účinky na určité vlnové dĺžky pri diaľkovom snímaní a v lekárskych laserových aplikáciách budú mať rôzne komplexy rôznu absorpciu na určitých vlnových dĺžkach. Lasery s kratšou vlnovou dĺžkou a laserová optika uľahčujú vytváranie malých, presných prvkov s minimálnym periférnym ohrevom, pretože ohnisko je menšie. Vo všeobecnosti sú však drahšie a náchylnejšie na poškodenie ako lasery s dlhšími vlnovými dĺžkami.
2. Sila a energia(Typické jednotky: W/J)
Výkon lasera sa meria vo wattoch (W) a používa sa na opis optického výkonu lasera s kontinuálnou vlnou (CW) alebo priemerného výkonu pulzného lasera. Pulzné lasery sú tiež charakteristické svojou pulznou energiou, ktorá je úmerná priemernému výkonu a nepriamo úmerná opakovacej frekvencii lasera. Energia sa meria v jouloch (J).
Lasery s vyšším výkonom a energiou sú vo všeobecnosti drahšie a produkujú viac odpadového tepla. So zvyšujúcim sa výkonom a energiou je čoraz ťažšie udržiavať vysokú kvalitu lúča.
3. Trvanie impulzu(Typické jednotky: fs/ms)
Trvanie laserového pulzu alebo šírka pulzu je zvyčajne definovaná ako polovičná plná šírka (FWHM) výkonu a času laserového svetla. Ultrarýchle lasery majú mnoho výhod v celom rade aplikácií vrátane presného spracovania materiálov a medicínskych laserov a vyznačujú sa krátkym trvaním impulzov približne od pikosekúnd (10-12 sekúnd) až po attosekundy (10-18 sekúnd).
4. Rýchlosť opakovania(Typické jednotky: Hz/MHz)
Frekvencia opakovania alebo frekvencia opakovania impulzov pulzného lasera opisuje počet impulzov emitovaných za sekundu alebo interval spätného časového impulzu. Ako už bolo spomenuté, frekvencia opakovania je nepriamo úmerná energii impulzu a úmerná priemernému výkonu. Hoci frekvencia opakovania zvyčajne závisí od média zosilnenia lasera, v mnohých prípadoch sa môže líšiť. Vyššia opakovacia frekvencia má za následok kratší čas tepelnej relaxácie povrchu a konečného zaostrenia laserovej optiky, čo vedie k rýchlejšiemu ohrevu materiálu.
5. Dĺžka koherencie(Typické jednotky: mm/m)
Lasery sú koherentné, čo znamená, že existuje pevný vzťah medzi fázovými hodnotami elektrického poľa v rôznych časoch alebo miestach. Je to preto, že na rozdiel od väčšiny iných typov svetelných zdrojov je laserové svetlo produkované stimulovanou emisiou. Koherencia sa zhoršuje počas šírenia a koherenčná dĺžka lasera definuje vzdialenosť, na ktorú zostáva časová koherencia lasera určitej kvality.
6. Polarizácia
Polarizácia definuje smer elektrického poľa svetelnej vlny, ktorý je vždy kolmý na smer šírenia. Vo väčšine prípadov bude laser lineárne polarizovaný, čo znamená, že vyžarované elektrické pole smeruje vždy rovnakým smerom. Nepolarizované svetlo bude mať elektrické polia smerujúce do mnohých rôznych smerov. Polarizácia sa zvyčajne vyjadruje ako pomer ohniskovej sily svetla v dvoch ortogonálnych polarizačných stavoch, ako napríklad 100:1 alebo 500:1.
Parametre lúča
Nasledujúce parametre charakterizujú tvar a kvalitu laserového lúča.
7. Priemer lúča(Typické jednotky: mm/cm)
Priemer lúča lasera charakterizuje priečne predĺženie lúča alebo jeho fyzickú veľkosť kolmo na smer šírenia. Zvyčajne sa definuje ako šírka 1/e2, ktorá je definovaná intenzitou lúča dosahujúcou 1/e2 (≈ 13,5 %). Pri 1/e2 intenzita poľa klesne na 1/e (≈ 37 %). Čím väčší je priemer lúča, tým väčšia musí byť optika a celý systém, aby sa zabránilo skráteniu lúča, čím sa zvýšia náklady. Zníženie priemeru lúča však zvyšuje hustotu výkonu/energie, čo môže byť tiež škodlivé.
8. Výkon alebo hustota energie(Typické jednotky: W/cm2, MW/cm2 alebo µJ/cm2, J/cm2)
Priemer lúča súvisí s hustotou výkonu/energie laserového lúča alebo s optickým výkonom/energiou na jednotku plochy. Čím väčší je priemer lúča, tým menšia je hustota výkonu/energie lúča s konštantným výkonom alebo energiou. V konečnom výstupe systému (napr. pri laserovom rezaní alebo zváraní) je zvyčajne ideálna vysoká hustota výkonu/energie, ale vo vnútri systému je nízka koncentrácia výkonu/energie zvyčajne prospešná, aby sa zabránilo poškodeniu spôsobenému laserom. To tiež bráni oblasti s vysokou hustotou výkonu/energie lúča v ionizácii vzduchu. Z týchto dôvodov sa okrem iného často používajú predlžovače laserového lúča na zväčšenie priemeru, čím sa znižuje hustota výkonu/energie vo vnútri laserového systému. Je však potrebné dbať na to, aby sa lúč príliš nerozšíril tak, že by lúč bol blokovaný pórmi v systéme, čo by malo za následok plytvanie energiou a potenciálne poškodenie.
9. Profil nosníka
Profil lúča lasera opisuje rozloženie intenzity v priereze lúča. Bežné profily lúčov zahŕňajú Gaussov lúč a lúč s plochým vrcholom, ktorých profily lúčov sledujú Gaussovu funkciu a funkciu s plochým vrcholom. Žiadny laser však nemôže produkovať dokonale gaussovský alebo dokonale plochý horný lúč, ktorého profil lúča presne zodpovedá jeho charakteristickej funkcii, pretože vo vnútri lasera vždy existuje určitý počet horúcich miest alebo výkyvov. Rozdiel medzi skutočným profilom lúča lasera a ideálnym profilom lúča je zvyčajne opísaný metrikou, ktorá zahŕňa faktor M2 lasera.
10. Divergencia(typická jednotka: mrad)
Aj keď sa laserové lúče vo všeobecnosti považujú za kolimačné, vždy obsahujú určitú divergenciu, ktorá popisuje rozsah, v akom sa lúč rozbieha v rastúcej vzdialenosti od pásu laserového lúča v dôsledku difrakcie. V aplikáciách s veľkými pracovnými vzdialenosťami, ako sú systémy liDAR, kde môžu byť objekty vzdialené stovky metrov od laserového systému, sa divergencia stáva obzvlášť dôležitým problémom. Divergencia lúča je zvyčajne definovaná polovičným uhlom lasera a divergencia (θ) Gaussovho lúča je definovaná ako:
θ═λ/πw0
λ je vlnová dĺžka lasera a w0 je pás lasera.
Tieto konečné parametre popisujú výkon laserového systému na výstupe.
11. Veľkosť miesta(Typická jednotka: µm)
Veľkosť bodu zaostreného laserového lúča opisuje priemer lúča v ohnisku systému zaostrovacích šošoviek. V mnohých aplikáciách, ako je spracovanie materiálov a lekárska chirurgia, je cieľom minimalizovať veľkosť miesta. To maximalizuje hustotu výkonu a umožňuje vytváranie obzvlášť jemnozrnných prvkov. Asférické šošovky sa často používajú namiesto tradičných sférických šošoviek, aby sa znížili sférické aberácie a vytvorili sa menšie ohniskové body. Niektoré typy laserových systémov neskončia zaostrením lasera na bod, v takom prípade tento parameter neplatí.
12. Pracovná vzdialenosť(typická jednotka: µm / m)
Pracovná vzdialenosť laserového systému je všeobecne definovaná ako fyzická vzdialenosť od konečného optického prvku (zvyčajne zaostrovacej šošovky) k objektu alebo povrchu, na ktorý je laser zaostrený. Niektoré aplikácie, ako napríklad lekárske lasery, sa často snažia minimalizovať pracovnú vzdialenosť, zatiaľ čo iné aplikácie, ako napríklad diaľkové snímanie, sa často zameriavajú na maximalizáciu rozsahu pracovnej vzdialenosti.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je high-tech podnik špecializujúci sa na výskum a vývoj, výrobu a predaj automatického laserového plátovacieho stroja, vysokorýchlostného laserového plátovacieho stroja, laserového kaliaceho stroja, laserového zváracieho stroja a laserového 3D tlačového zariadenia. Naše výrobky sú nákladovo efektívne a predávajú sa doma iv zahraničí. Ak máte záujem o naše produkty, kontaktujte nás na adrese bob@gshenglaser.com.