Existuje široká škála univerzálních laserových systémů v různých aplikacích, jako je zpracování materiálů, laserová chirurgie a dálkové snímání, ale mnoho laserových systémů má společné klíčové parametry. Stanovení společných pojmů pro tyto parametry zabrání chybné komunikaci a jejich porozumění umožňuje správné specifikaci laserového systému a komponent tak, aby splňovaly požadavky aplikace.
Základní parametry
Následující základní parametry jsou nejzákladnějšími koncepty laserových systémů a jsou také důležité pro pochopení pokročilejších bodů.
1. Vlnová délka(Typické jednotky: nm/um)
Vlnová délka laseru popisuje prostorovou frekvenci emitované světelné vlny. Různé materiály budou mít jedinečné absorpční vlastnosti závislé na vlnové délce při zpracování materiálu, což má za následek různé interakce s materiálem. Podobně atmosférická absorpce a interference budou mít různé účinky na určité vlnové délky při dálkovém průzkumu a v aplikacích lékařských laserů budou mít různé komplexy různou absorpci na určitých vlnových délkách. Lasery s kratší vlnovou délkou a laserová optika usnadňují vytváření malých, přesných prvků s minimálním obvodovým ohřevem, protože ohnisko je menší. Obecně jsou však dražší a náchylnější k poškození než lasery s delší vlnovou délkou.
2. Síla a energie(Typické jednotky: W/J)
Výkon laseru se měří ve wattech (W) a používá se k popisu optického výkonu laseru s kontinuální vlnou (CW) nebo průměrného výkonu pulzního laseru. Pulzní lasery jsou také charakteristické svou pulzní energií, která je úměrná průměrnému výkonu a nepřímo úměrná opakovací frekvenci laseru. Energie se měří v joulech (J).
Lasery s vyšším výkonem a energií jsou obecně dražší a produkují více odpadního tepla. S rostoucím výkonem a energií je stále obtížnější udržet vysokou kvalitu paprsku.
3. Doba trvání pulsu(Typické jednotky: fs/ms)
Doba trvání laserového pulsu nebo šířka pulsu je obvykle definována jako poloviční maximální šířka (FWHM) výkonu a času laserového světla. Ultrarychlé lasery mají mnoho výhod v řadě aplikací, včetně přesného zpracování materiálů a lékařských laserů, a vyznačují se krátkým trváním pulzu přibližně pikosekundy (10-12 sekund) až attosekundy (10-18 sekund).
4. Rychlost opakování(Typické jednotky: Hz/MHz)
Opakovací frekvence nebo frekvence opakování pulzů pulzního laseru popisuje počet pulzů emitovaných za sekundu nebo reverzní časový interval pulzů. Jak již bylo zmíněno dříve, opakovací frekvence je nepřímo úměrná energii pulzu a úměrná průměrnému výkonu. Ačkoli opakovací frekvence obvykle závisí na médiu zesílení laseru, může se v mnoha případech lišit. Vyšší opakovací frekvence má za následek kratší dobu tepelné relaxace povrchu a konečného zaostření laserové optiky, což vede k rychlejšímu zahřívání materiálu.
5. Koherenční délka(Typické jednotky: mm/m)
Lasery jsou koherentní, což znamená, že existuje pevný vztah mezi fázovými hodnotami elektrického pole v různých časech nebo místech. Je to proto, že na rozdíl od většiny ostatních typů světelných zdrojů je laserové světlo produkováno stimulovanou emisí. Koherence se během šíření zhoršuje. a koherenční délka laseru definuje vzdálenost, na kterou zůstává časová koherence laseru určité kvality.
6. Polarizace
Polarizace definuje směr elektrického pole světelné vlny, které je vždy kolmé ke směru šíření. Ve většině případů bude laser lineárně polarizovaný, což znamená, že emitované elektrické pole vždy míří stejným směrem. Nepolarizované světlo bude mít elektrická pole směřující do mnoha různých směrů. Polarizace se obvykle vyjadřuje jako poměr ohniskové síly světla ve dvou ortogonálních polarizačních stavech, jako je 100:1 nebo 500:1.
Parametry paprsku
Následující parametry charakterizují tvar a kvalitu laserového paprsku.
7. Průměr nosníku(Typické jednotky: mm/cm)
Průměr paprsku laseru charakterizuje příčné prodloužení paprsku nebo jeho fyzickou velikost kolmo ke směru šíření. Obvykle je definována jako šířka 1/e2, která je definována intenzitou paprsku dosahující 1/e2 (≈ 13,5 %). Při 1/e2 intenzita pole klesne na 1/e (≈ 37 %). Čím větší je průměr paprsku, tím větší musí být optika a celý systém, aby se zabránilo zkrácení paprsku, čímž se zvyšují náklady. Zmenšení průměru paprsku však zvyšuje hustotu výkonu/energie, což může být také škodlivé.
8. Výkon nebo hustota energie(Typické jednotky: W/cm2, MW/cm2 nebo µJ/cm2, J/cm2)
Průměr paprsku se vztahuje k hustotě výkonu/energie laserového paprsku nebo optickému výkonu/energii na jednotku plochy. Čím větší je průměr paprsku, tím menší je hustota výkonu/energie paprsku s konstantním výkonem nebo energií. V konečném výstupu systému (např. při řezání laserem nebo svařování) je obvykle ideální vysoká hustota výkonu/energie, ale uvnitř systému je nízká koncentrace výkonu/energie obvykle prospěšná, aby se zabránilo poškození způsobenému laserem. To také zabraňuje oblasti s vysokou hustotou výkonu/energie paprsku v ionizaci vzduchu. Z těchto důvodů se mimo jiné často používají prodlužovače laserového paprsku ke zvětšení průměru, čímž se sníží hustota výkonu/energie uvnitř laserového systému. Je však třeba dbát na to, aby se paprsek příliš nerozšířil, takže paprsek nebyl ucpán póry v systému, což má za následek plýtvání energií a potenciální poškození.
9. Profil nosníku
Profil paprsku laseru popisuje rozložení intenzity napříč průřezem paprsku. Běžné profily paprsků zahrnují Gaussův paprsek a paprsek s plochým vrcholem, jejichž profily nosníku sledují Gaussovu funkci a funkci s plochým vrcholem. Žádný laser však nemůže vytvořit dokonale gaussovský nebo dokonale plochý horní paprsek, jehož profil paprsku přesně odpovídá jeho charakteristické funkci, protože uvnitř laseru je vždy určitý počet horkých míst nebo fluktuací. Rozdíl mezi skutečným profilem paprsku laseru a ideálním profilem paprsku je obvykle popsán metrikou, která zahrnuje faktor M2 laseru.
10. Divergence(typická jednotka: mrad)
Ačkoli jsou laserové paprsky obecně považovány za kolimační, vždy obsahují určitou divergenci, která popisuje, do jaké míry se paprsek rozchází na rostoucí vzdálenost od pasu laserového paprsku v důsledku difrakce. V aplikacích s velkými pracovními vzdálenostmi, jako jsou systémy liDAR, kde mohou být objekty vzdáleny stovky metrů od laserového systému, se divergence stává obzvláště důležitým problémem. Divergence paprsku je obvykle definována polovičním úhlem laseru a divergence (θ) Gaussova paprsku je definována jako:
θ═λ/πw0
λ je vlnová délka laseru a w0 je pás laseru.
Tyto konečné parametry popisují výkon laserového systému na výstupu.
11. Velikost bodu(Typická jednotka: µm)
Velikost bodu zaostřeného laserového paprsku popisuje průměr paprsku v ohnisku systému zaostřovacích čoček. V mnoha aplikacích, jako je zpracování materiálů a lékařská chirurgie, je cílem minimalizovat velikost místa. To maximalizuje hustotu výkonu a umožňuje vytvoření zvláště jemnozrnných prvků. Asférické čočky se často používají místo tradičních sférických čoček, aby se snížily sférické aberace a vytvořily se menší ohniskové body. U některých typů laserových systémů nedochází k zaostření laseru na bod, v takovém případě tento parametr neplatí.
12. Pracovní vzdálenost(typická jednotka: µm / m)
Pracovní vzdálenost laserového systému je obecně definována jako fyzická vzdálenost od konečného optického prvku (obvykle zaostřovací čočky) k objektu nebo povrchu, na který je laser zaostřen. Některé aplikace, jako jsou lékařské lasery, se často snaží minimalizovat pracovní vzdálenost, zatímco jiné aplikace, jako je dálkové snímání, často usilují o maximalizaci jejich pracovní vzdálenosti.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je high-tech podnik specializující se na výzkum a vývoj, výrobu a prodej automatického laserového plátovacího stroje, vysokorychlostního laserového plátovacího stroje, laserového kalícího stroje, laserového svářecího stroje a laserového 3D tiskového zařízení. Naše produkty jsou nákladově efektivní a prodávají se doma i v zahraničí. Máte-li zájem o naše produkty, kontaktujte nás na adrese bob@gshenglaser.com.