Постоји широк спектар ласерских система опште намене за различите примене као што су обрада материјала, ласерска хирургија и даљинско испитивање, али многи ласерски системи деле заједничке кључне параметре. Успостављање заједничке терминологије за ове параметре спречава неспоразуме, а њихово разумевање омогућава исправну спецификацију ласерских система и компоненти како би се испунили захтеви апликације.
Основни параметри
Следећи основни параметри су најосновнији концепти ласерског система и од суштинског су значаја за разумевање напреднијих тачака.
1: Таласна дужина (типичне јединице: нм до µм)
Таласна дужина ласера описује просторну фреквенцију емитованог светлосног таласа. Оптимална таласна дужина за дати случај употребе у великој мери зависи од примене. У обради материјала, различити материјали имају јединствена својства апсорпције зависне од таласне дужине која резултирају различитим интеракцијама са материјалом. Слично, у даљинском детекцији, атмосферска апсорпција и сметње могу другачије да утичу на одређене таласне дужине, а у медицинским ласерским применама, различити комплекси могу различито да апсорбују одређене таласне дужине. Ласери краће таласне дужине и ласерска оптика помажу у стварању малих, прецизних карактеристика са минималним периферним грејањем јер је фокусна тачка мања. Међутим, они су обично скупљи и лакше се оштећују од ласера дужине таласне дужине.
2: Снага и енергија (типичне јединице: В или Ј)
Снага ласера се мери у ватима (В) и користи се за описивање излазне оптичке снаге ласера са континуалним таласом (ЦВ) или просечне снаге импулсног ласера. Пулсне ласере карактерише и њихова импулсна енергија, која је пропорционална просечној снази и обрнуто пропорционална брзини понављања ласера (слика 2). Енергија се мери у џулима (Ј).
Ласери веће снаге и енергије су обично скупљи и производе више отпадне топлоте. Одржавање високог квалитета зрака такође постаје теже са повећањем снаге и енергије.
3: Трајање импулса (типичне јединице: фс до мс)
Трајање ласерског импулса или ширина импулса се обично дефинише као пуна ширина на пола максимума (ФВХМ) снаге ласерске светлости у односу на време (Слика 3). Ултрабрзи ласери нуде многе предности у низу примена, укључујући прецизну обраду материјала и медицинске ласере, а карактерише их кратко трајање импулса од око пикосекунди (10-12 секунди) до аттосекунди (10-18 секунди).
4: Стопа понављања (типичне јединице: Хз до МХз)
Брзина понављања или фреквенција понављања импулса импулсног ласера описује број емитованих импулса у секунди или интервал импулса обрнутог времена (слика 3). Као што је раније поменуто, стопа понављања је обрнуто пропорционална енергији импулса и директно пропорционална просечној снази. Иако стопа понављања обично зависи од медијума за појачавање ласера, у многим случајевима може да варира. Веће стопе понављања резултирају краћим временима термалне релаксације на оптичкој површини ласера и на коначном фокусу, што доводи до бржег загревања материјала.
5: Дужина кохерентности (типичне јединице: милиметри до метара)
Ласери су кохерентни, што значи да постоји фиксни однос између фазних вредности електричног поља у различитим временима или локацијама. То је зато што, за разлику од већине других врста извора светлости, ласери се производе побуђеном емисијом. Кохеренција се смањује током процеса трансмисије, а дужина кохерентности ласера одређује раздаљину на којој временска кохерентност ласера остаје на одређеном квалитету.
6: Поларизација
Поларизација одређује правац електричног поља светлосног таласа, који је увек окомит на правац простирања. У већини случајева, ласер ће бити линеарно поларизован, што значи да емитовано електрично поље увек показује у истом правцу. Неполаризована светлост ће имати електрично поље које показује у много различитих праваца. Поларизација се обично изражава као однос жижних даљина светлости у два ортогонално поларизована стања, на пример 100:1 или 500:1.
Параметри зрака
Следећи параметри карактеришу облик и квалитет ласерског зрака.
7: Пречник снопа (типичне јединице: мм до цм)
Пречник снопа ласера карактерише бочно продужење зрака, или физичку димензију која је окомита на правац простирања. Обично се дефинише као ширина 1/е2, односно ширина постигнута интензитетом снопа при 1/е2 (≈13,5%). У тачки 1/е2, јачина електричног поља пада на 1/е (≈37%). Што је већи пречник снопа, то је већа оптика и цео систем да би се избегло скраћење снопа, што повећава трошкове. Међутим, смањење пречника зрака повећава густину снаге/енергије, што је такође штетно.
8: Густина снаге или енергије (типичне јединице: В/цм2 до МВ/цм2 или µЈ/цм2 до Ј/цм2)
Пречник зрака се односи на снагу/густину енергије ласерског зрака или оптичку снагу/енергију по јединици површине. Што је већи пречник снопа, то је нижа снага/густина енергије снопа константне снаге или константне енергије. На коначном излазу система (нпр. код ласерског сечења или заваривања), обично је потребна велика снага/густина енергије, али унутар система, ниска концентрација снаге/енергије је обично корисна у спречавању оштећења изазваних ласером. Ово такође спречава јонизацију ваздуха у области велике снаге/енергетске густине зрака. Из ових разлога, између осталог, експандери ласерског снопа се често користе за повећање пречника и тиме смањење густине снаге/енергије унутар ласерског система. Међутим, мора се пазити да се сноп не прошири толико да сноп буде заклоњен од отвора система, што резултира губитком енергије и потенцијалним оштећењима.
9: Профил снопа
Профил снопа ласера описује распоређени интензитет у попречном пресеку снопа. Уобичајени профили греда обухватају Гаусову и равну греду, који прате Гаусову и равну греду, респективно (Слика 4). Међутим, пошто увек постоји одређени број врућих тачака или флуктуација унутар ласера, ниједан ласер не може произвести потпуно Гаусов или потпуно равни сноп који тачно одговара његовој сопственој функцији. Разлика између стварног профила снопа ласера и идеалног профила зрака обично се описује метриком која садржи М2 фактор ласера.
10: Дивергенција (типична јединица: мрад)
Иако се ласерски снопови генерално сматрају колимираним, они увек садрже одређену количину дивергенције, која описује степен до којег се сноп дивергује на растућој удаљености од струка ласерског зрака услед дифракције. У апликацијама са великим радним удаљеностима, као што су ЛИДАР системи, где објекти могу бити удаљени стотинама метара од ласерског система, дивергенција постаје посебно важно питање. Дивергенција зрака се обично дефинише у смислу полуугла ласера, а дивергенција (θ) Гаусовог снопа се дефинише као.
λ је таласна дужина ласера и в0 је струк ласера.
Коначни системски параметри
Ови коначни параметри описују перформансе ласерског система на излазу.
11: Величина тачке (типична јединица: µм)
Величина тачке фокусираног ласерског зрака описује пречник зрака у фокусној тачки система сочива за фокусирање. У многим применама, као што су обрада материјала и медицинска хирургија, циљ је да се минимизира величина тачке. Ово максимизира густину снаге и омогућава стварање изузетно финих карактеристика (слика 5). Асферична сочива се често користе уместо конвенционалних сферних сочива како би се минимизирала сферна аберација и произвеле мање величине жаришне тачке. Неки типови ласерских система на крају не фокусирају ласер на тачку, у ком случају овај параметар није применљив.
12: Радна удаљеност (типична јединица: µм до м)
Радна удаљеност ласерског система се генерално дефинише као физичка удаљеност од коначног оптичког елемента (обично сочива за фокусирање) до објекта или површине на коју је ласер фокусиран. Неке апликације, као што су медицински ласери, често настоје да минимизирају радну удаљеност, док друге апликације, као што је даљинско детектовање, често имају за циљ да максимизирају опсег своје радне удаљености.
