Hemm firxa wiesgħa ta 'sistemi tal-lejżer komuni għal varjetà ta' applikazzjonijiet, inkluż l-ipproċessar tal-materjali, kirurġija bil-lejżer, u telerilevament, iżda ħafna sistemi tal-lejżer jaqsmu parametri ewlenin komuni. L-istabbiliment ta 'terminoloġija komuni għal dawn il-parametri jipprevjeni komunikazzjoni ħażina, u l-fehim tagħhom jippermetti speċifikazzjoni xierqa ta' sistemi u komponenti tal-laser biex jissodisfaw ir-rekwiżiti tal-applikazzjoni.
Figura 1: Skematika ta' sistema ta' proċessar ta' materjal tal-lejżer komuni, fejn kull wieħed mill-10 parametri ewlenin ta' sistema tal-lejżer huwa rappreżentat b'numru korrispondenti
Parametri Bażiċi
Il-parametri bażiċi li ġejjin huma l-aktar kunċetti fundamentali ta 'sistema tal-laser u huma essenzjali biex jifhmu l-punti aktar avvanzati.
1: Tul tal-mewġ (unitajiet tipiċi: nm sa µm)
Il-wavelength ta 'lejżer jiddeskrivi l-frekwenza spazjali tal-mewġ tad-dawl emess. L-aħjar wavelength għal każ ta' użu partikolari jiddependi ħafna fuq l-applikazzjoni. Materjali differenti se jkollhom proprjetajiet uniċi ta 'assorbiment li jiddependu fuq il-wavelength fl-ipproċessar tal-materjal, li jirriżultaw f'interazzjonijiet differenti mal-materjal. Bl-istess mod, l-assorbiment u l-interferenza atmosferiċi se jaffettwaw ċerti wavelengths b'mod differenti f'remote sensing, u diversi kumplessi se jassorbu ċerti wavelengths b'mod differenti f'applikazzjonijiet tal-laser mediċi. Lejżers ta 'wavelength iqsar u ottiċi tal-lejżer jiffaċilitaw il-ħolqien ta' karatteristiċi żgħar u preċiżi b'tisħin periferali minimu minħabba li l-post fokali huwa iżgħar. Madankollu, huma tipikament aktar għaljin u aktar faċilment bil-ħsara minn lasers ta 'wavelength itwal.
2: Enerġija u Enerġija (unitajiet tipiċi: W jew J)
Il-qawwa ta 'lejżer hija mkejla f'watts (W) u tintuża biex tikkaratterizza l-output ta' qawwa ottika ta 'lejżer ta' mewġ kontinwu (CW) jew il-qawwa medja ta 'lejżer pulsat. Lejżers pulsati huma wkoll ikkaratterizzati mill-enerġija tal-polz tagħhom, li hija proporzjonali għall-qawwa medja u inversament proporzjonali għar-rata ta 'ripetizzjoni tal-lejżer (Figura 2). L-enerġija titkejjel f'joules (J).
Figura 2: Rappreżentazzjoni viżwali tar-relazzjoni bejn l-enerġija tal-polz, ir-rata ta 'ripetizzjoni u l-qawwa medja ta' laser pulsat
Lejżers ta 'enerġija u enerġija ogħla huma tipikament aktar għaljin u jipproduċu aktar sħana mormija. Iż-żamma ta 'kwalità għolja tar-raġġ issir ukoll aktar diffiċli biż-żieda tal-qawwa u l-enerġija.
3: Tul tal-Impuls (unitajiet tipiċi: fs sa ms)
It-tul tal-polz tal-lejżer jew il-wisa 'tal-polz huwa ġeneralment definit bħala l-wisa' sħiħa f'nofs massimu (FWHM) tal-qawwa tad-dawl tal-lejżer kontra l-ħin (Figura 3). Lejżers ultraveloċi joffru ħafna vantaġġi f'firxa ta 'applikazzjonijiet inklużi l-ipproċessar ta' materjali ta 'preċiżjoni u lejżers mediċi, u huma kkaratterizzati minn tul ta' żmien qasir ta 'polz ta' madwar pikosekondi (10-12 sekondi) għal attosekondi (10-18 sekondi).
Figura 3: Pulses tal-lejżer pulsati separati fil-ħin bir-reċiproku tar-rata ta 'ripetizzjoni
4: Rata ta' ripetizzjoni (unitajiet tipiċi: Hz sa MHz)
Ir-rata ta 'ripetizzjoni jew il-frekwenza ta' ripetizzjoni tal-polz ta 'lejżer pulsat tiddeskrivi n-numru ta' impulsi emessi kull sekonda jew l-intervall tal-polz tal-ħin invers (Figura 3). Kif issemma qabel, ir-rata ta 'ripetizzjoni hija inversament proporzjonali għall-enerġija tal-polz u direttament proporzjonali għall-qawwa medja. Filwaqt li r-rata ta 'ripetizzjoni ġeneralment tiddependi fuq il-medju tal-qligħ tal-lejżer, tista' tvarja f'ħafna każijiet. Rati ogħla ta 'ripetizzjoni jirriżultaw f'ħinijiet ta' rilassament termali iqsar fil-wiċċ tal-ottika tal-lejżer u fil-punt ta 'fokus finali, li jwassal għal tisħin tal-materjal aktar mgħaġġel.
5: Tul tal-koerenza (unitajiet tipiċi: millimetri għal metri)
Lejżers huma koerenti, li jfisser li hemm relazzjoni fissa bejn il-valuri tal-fażi tal-kamp elettriku f'ħinijiet jew postijiet differenti. Dan għaliex b'differenza mill-biċċa l-kbira ta 'tipi oħra ta' sorsi tad-dawl, il-lejżers huma prodotti minn emissjoni eċċitati. Il-koerenza tiddegrada matul il-proċess ta 'propagazzjoni, u t-tul tal-koerenza ta' laser jiddefinixxi distanza li fuqha l-koerenza temporali tal-lejżer tinżamm f'ċerta kwalità.
6: Polarizzazzjoni
Il-polarizzazzjoni tiddefinixxi d-direzzjoni tal-kamp elettriku ta 'mewġ tad-dawl, li hija dejjem perpendikolari għad-direzzjoni tal-propagazzjoni. Fil-biċċa l-kbira tal-każijiet, il-lejżer ikun polarizzat b'mod lineari, li jfisser li l-kamp elettriku emess dejjem jipponta fl-istess direzzjoni. Dawl mhux polarizzat se jkollu kamp elettriku li jindika f'ħafna direzzjonijiet differenti. Il-grad ta' polarizzazzjoni huwa normalment espress bħala l-proporzjon tat-tul fokali tad-dawl f'żewġ stati polarizzati ortogonalment, eż. 100:1 jew 500:1.
Parametri tar-raġġ
Il-parametri li ġejjin jikkaratterizzaw il-forma u l-kwalità ta 'raġġ tal-lejżer.
7: Dijametru tar-raġġ (unitajiet tipiċi: mm sa ċm)
Id-dijametru tar-raġġ ta 'lejżer jikkaratterizza l-estensjoni laterali tar-raġġ, jew id-dimensjoni fiżika tiegħu perpendikolari għad-direzzjoni tal-propagazzjoni. Normalment hija definita bħala l-wisa '1/e2, li tintlaħaq mill-intensità tar-raġġ f'1/e2 (≈ 13.5%). Fil-punt 1/e2, is-saħħa tal-kamp elettriku tinżel għal 1/e (≈ 37%). Iktar ma jkun kbir id-dijametru tar-raġġ, iktar ikun kbir l-ottika u s-sistema kollha jeħtieġ li tkun biex tiġi evitata t-trunching tar-raġġ, li żżid l-ispiża. Madankollu, tnaqqis fid-dijametru tar-raġġ iżid id-densità tal-qawwa/enerġija, li tista 'wkoll tkun ta' detriment.
8: Enerġija jew Densità tal-Enerġija (unitajiet tipiċi: W/cm2 għal MW/cm2 jew µJ/cm2 għal J/cm2)
Id-dijametru tar-raġġ jirrelata mad-densità tal-qawwa/enerġija tar-raġġ tal-lejżer jew il-qawwa/enerġija ottika għal kull unità ta 'żona. Iktar ma jkun kbir id-dijametru tar-raġġ, inqas tkun id-densità tal-qawwa/enerġija ta 'raġġ b'qawwa jew enerġija kostanti. Fl-output finali tas-sistema (eż. fil-qtugħ bil-lejżer jew iwweldjar), ħafna drabi hija mixtieqa densità għolja ta 'qawwa/enerġija, iżda fi ħdan is-sistema, konċentrazzjoni ta' enerġija/enerġija baxxa ħafna drabi hija ta 'benefiċċju biex tevita ħsara kkawżata mill-lejżer. Dan jipprevjeni wkoll l-jonizzazzjoni tal-arja fir-reġjun ta 'densità ta' enerġija/enerġija għolja tar-raġġ. Għal dawn ir-raġunijiet, fost oħrajn, l-espansuri tar-raġġ tal-lejżer spiss jintużaw biex iżidu d-dijametru u b'hekk inaqqsu d-densità tal-qawwa/enerġija ġewwa s-sistema tal-lejżer. Madankollu, trid tingħata attenzjoni biex ma jespandix ir-raġġ tant li r-raġġ jiġi mgħotti mill-aperturi fis-sistema, li jirriżulta f'enerġija moħlija u ħsara potenzjali.
9: Profil tar-raġġ
Il-profil tar-raġġ ta 'lejżer jiddeskrivi l-intensità mqassma fil-cross-section tar-raġġ. Il-profili tar-raġġ komuni jinkludu travi Gaussian u ta 'fuq ċatt, li l-profili tar-raġġ tagħhom isegwu l-funzjonijiet Gaussian u ta' fuq ċatt, rispettivament (Figura 4). Madankollu, l-ebda laser ma jista 'jipproduċi raġġ ta' fuq kompletament Gaussian jew kompletament ċatt bi profil tar-raġġ li jaqbel eżattament mal-funzjoni proprja tiegħu, minħabba li dejjem hemm ċertu numru ta 'hot spots jew varjazzjonijiet ġewwa l-laser. Id-differenza bejn il-profil tar-raġġ attwali ta 'lejżer u l-profil tar-raġġ ideali hija ġeneralment deskritta b'metrika li tinkludi l-fattur M2 tal-lejżer.
Figura 4: Tqabbil tal-profil tar-raġġ ta 'raġġ Gaussian bl-istess qawwa jew intensità medja u raġġ ta' fuq ċatt juri li l-ogħla intensità tar-raġġ ta 'Gaussi hija d-doppju ta' dik tar-raġġ ta 'fuq ċatt.
10: Diverġenza (unitajiet tipiċi: mrad)
Għalkemm ir-raġġi tal-lejżer ġeneralment jitqiesu kollimati, dejjem ikun fihom ċertu ammont ta 'diverġenza, li jiddeskrivi l-grad li fih ir-raġġ jiddiverġi f'distanzi dejjem jiżdiedu mill-qadd tar-raġġ tal-lejżer minħabba diffrazzjoni. F'applikazzjonijiet b'distanzi twal ta 'tħaddim, bħal sistemi LIDAR fejn l-oġġetti jistgħu jkunu mijiet ta' metri 'l bogħod mis-sistema tal-lejżer, id-diverġenza ssir kwistjoni partikolarment importanti. Id-diverġenza tar-raġġ hija ġeneralment definita min-nofs angolu tal-lejżer, u d-diverġenza (θ) ta 'raġġ Gaussian hija definita bħala:
Stampa.
λ huwa l-wavelength tal-lejżer u w0 huwa l-qadd tar-raġġ tal-lejżer.
Parametri finali tas-sistema
Dawn il-parametri finali jiddeskrivu l-prestazzjoni tas-sistema tal-laser fil-ħruġ.
11: Daqs tal-post (unità tipika: µm)
Id-daqs tal-post ta 'raġġ tal-lejżer iffukat jiddeskrivi d-dijametru tar-raġġ fil-punt fokali tas-sistema tal-lenti li tiffoka. F'ħafna applikazzjonijiet, bħall-ipproċessar tal-materjali u l-kirurġija medika, l-għan huwa li jitnaqqas id-daqs tal-post. Dan jimmassimizza d-densità tal-qawwa u jippermetti l-ħolqien ta 'karatteristiċi eċċezzjonalment fini. Lentijiet asferiċi ħafna drabi jintużaw minflok lentijiet sferiċi tradizzjonali biex jimminimizzaw l-aberrazzjoni sferika u jipproduċu daqsijiet iżgħar ta 'spot fokali. Xi tipi ta 'sistemi tal-lejżer fl-aħħar mill-aħħar ma jiffokawx il-lejżer fuq il-post, f'liema każ dan il-parametru ma japplikax.
12: Distanza tax-Xogħol (unitajiet tipiċi: µm sa m)
Id-distanza tax-xogħol ta 'sistema tal-lejżer hija ġeneralment definita bħala d-distanza fiżika mill-element ottiku finali (ġeneralment il-lenti li tiffoka) għall-oġġett jew il-wiċċ li fuqu huwa ffukat il-lejżer. Ċerti applikazzjonijiet, bħal lasers mediċi, tipikament ifittxu li jimminimizzaw id-distanza tax-xogħol, filwaqt li applikazzjonijiet oħra, bħal telerilevament, tipikament jimmiraw li jimmassimizzaw il-firxa tad-distanza tax-xogħol tagħhom.
