Hemm firxa wiesgħa ta 'sistemi tal-lejżer komuni użati f'varjetà ta' applikazzjonijiet bħall-ipproċessar tal-materjal, kirurġija bil-lejżer, u telerilevament, iżda ħafna sistemi tal-lejżer għandhom parametri ewlenin komuni. L-istabbiliment ta 'terminoloġija komuni għal dawn il-parametri jipprevjeni żbalji ta' komunikazzjoni, u l-fehim tagħhom jippermetti li s-sistema tal-lejżer u l-komponenti jiġu speċifikati b'mod korrett biex jissodisfaw ir-rekwiżiti tal-applikazzjoni.
Figura 1: Dijagramma skematika ta 'sistema ta' pproċessar ta 'materjal tal-lejżer komuni, fejn kull wieħed mill-10 parametri ewlenin tas-sistema tal-lejżer huwa rappreżentat b'numru korrispondenti
Parametri Bażiċi
Il-parametri bażiċi li ġejjin huma l-aktar kunċetti bażiċi tas-sistemi tal-laser, u huma wkoll kritiċi biex wieħed jifhem punti aktar avvanzati
1: Tul tal-mewġ (unitajiet tipiċi: nm sa um)
Il-wavelength ta 'lejżer jiddeskrivi l-frekwenza spazjali tal-mewġ tad-dawl emess. Il-wavelength ottimali għal każ ta' użu partikolari huwa dipendenti ħafna mill-applikazzjoni. Materjali differenti se jkollhom proprjetajiet ta 'assorbiment uniċi 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 fl-applikazzjonijiet tal-laser mediċi. Lejżers ta 'wavelength iqsar u ottiċi tal-lejżer huma ta' benefiċċju għall-ħolqien ta 'karatteristiċi żgħar u preċiżi b'tisħin periferali minimu minħabba li l-post fokali huwa iżgħar. Madankollu, huma ġeneralment aktar għaljin u aktar suxxettibbli għall-ħsara minn lasers ta 'wavelength itwal.
2: Qawwa u Enerġija (Unitajiet Tipiċi: W jew J)
Il-qawwa ta 'lejżer hija mkejla f'Watts (W) u tintuża biex tiddeskrivi 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 ġeneralment aktar għaljin, u jiġġeneraw aktar sħana mormija. Iż-żamma tal-kwalità għolja tar-raġġ issir dejjem aktar diffiċli hekk kif tiżdied il-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 ottika 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. Huma kkaratterizzati minn impulsi qosra ta' ordni ta' pikosekondi (10-12 sekondi) sa attosekondi (10-18 u inqas
P(W)
1/Rata ta' Ripetizzjoni
Xiri Ħin(i) tal-Kont Pubbliku
Figura 3: Il-impulsi ta 'lejżer pulsat huma separati fil-ħin bl-invers 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 hija ġeneralment dipendenti fuq il-medja tal-qligħ tal-lejżer, tista' tvarja f'ħafna każijiet. Rati ta 'ripetizzjoni ogħla jirriżultaw f'ħinijiet iqsar ta' rilassament termali fil-wiċċ tal-ottika tal-lejżer u fil-fokus finali, li jirriżulta f'tisħin tal-materjal aktar mgħaġġel.
5: Tul ta' Koerenza (Unitajiet Tipiċi: Millimetri għal Metri)
Il-lejżer huwa koerenti, li jfisser li l-kurrenti elettriċi f'ħinijiet jew postijiet differenti huma koerenti. Hemm relazzjoni fissa bejn il-valuri tal-fażi tal-kamp. Dan għaliex il-lejżers, b'differenza mill-biċċa l-kbira ta 'tipi oħra ta' sorsi tad-dawl, huma prodotti minn emissjoni stimulata. It-tul tal-koerenza jiddefinixxi distanza li fuqha l-koerenza temporali tad-dawl tal-lejżer tibqa 'kostanti matul il-propagazzjoni tad-dawl tal-lejżer, mingħajr degradazzjoni matul il-proċess.
6: Polarizzazzjoni
Il-polarizzazzjoni tiddefinixxi d-direzzjoni tal-kamp elettriku tal-mewġ tad-dawl, "huwa dejjem perpendikolari għad-direzzjoni tal-propagazzjoni. Fil-biċċa l-kbira tal-każijiet, id-dawl tal-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 jipponta f'ħafna direzzjonijiet differenti Il-grad ta 'polarizzazzjoni huwa ġeneralment espress bħala l-proporzjon tal-qawwa ottika ta' żewġ stati ta 'polarizzazzjoni ortogonali, bħal 100:1 jew 500:1.
Parametri tar-raġġ
Il-parametri li ġejjin jikkaratterizzaw il-forma u l-kwalità tar-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-daqs fiżiku tiegħu perpendikolari għad-direzzjoni tal-propagazzjoni. Normalment hija definita bħala l-wisa '1/e2, li hija l-wisa' tal-intensità tar-raġġ sa 1/e2 (=13.5%). Fil-punt 1/e2, l-intensità 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-truncation 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: Densità tal-Enerġija jew tal-Enerġija (Unitajiet Tipiċi: W/cm2 għal MWicm2 jew uJ/cm2 għal J/cm2)
Id-dijametru tar-raġġ huwa relatat mad-densità tal-qawwa/enerġija tar-raġġ tal-lejżer. Densità tal-enerġija, jew l-ammont ta 'enerġija ottika/enerġija għal kull unità ta' żona. Iktar ma jkun kbir id-dijametru tar-raġġ, inqas tkun id-densità tal-qawwa/enerġija tar-raġġ għal qawwa jew enerġija kostanti. Id-densità għolja ta 'enerġija/enerġija ħafna drabi hija mixtieqa fl-output finali tas-sistema (per eżempju fil-qtugħ jew l-iwweldjar bil-lejżer), iżda konċentrazzjonijiet ta' enerġija/enerġija baxxa ħafna drabi huma ta 'benefiċċju ġewwa s-sistema biex jipprevjenu ħsara kkawżata mill-lejżer. Dan jipprevjeni wkoll iż-żoni ta 'densità ta' enerġija/enerġija għolja tar-raġġ milli jonizza l-arja. 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, għandha tingħata attenzjoni biex ir-raġġ ma jespandix wisq sabiex ikun imblukkat 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 fuq is-sezzjoni trasversali tar-raġġ. Profili tar-raġġ komuni jinkludu travi Gaussian u travi ta 'fuq ċatt, li l-profili tar-raġġ tagħhom isegwu l-funzjoni Gaussian u l-funzjoni ta' fuq ċatt, rispettivament (Figura 4). Madankollu, l-ebda laser ma jista 'jipproduċi raġġ kompletament Gaussian jew kompletament flat-top bi profil tar-raġġ li jaqbel eżatt mal-funzjoni karatteristika tiegħu, minħabba li dejjem hemm ċertu ammont ta' hot spots jew varjazzjonijiet ġewwa l-laser. Id-differenza bejn il-profil tar-raġġ attwali ta 'lejżer u l-profil tar-raġġ ideali ħafna drabi hija deskritta minn metriċi inkluż il-fattur M2 tal-lejżer
Profili Top Beam Gaussian u ċatti
Figura 4: Tqabbil tal-profili tar-raġġ ta 'raġġ Gaussian u raġġ ta' fuq ċatt ta 'qawwa jew intensità medja ugwali juri li l-ogħla intensità tar-raġġ Gaussian hija d-doppju ta' dik tar-raġġ ta 'fuq ċatt
10: Diverġenza (unitajiet tipiċi: mrad)
Filwaqt li r-raġġi tal-lejżer spiss jitqiesu kollimati, dejjem ikun fihom ċertu ammont ta 'diverġenza, li tiddeskrivi l-grad li fih ir-raġġ jiddiverġi f'distanzi dejjem jiżdiedu mill-qadd tar-raġġ tal-lejżer minħabba diffrazzjoni. F'applikazzjonijiet ta 'distanza twila tax-xogħol, 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 spiss definita min-nofs angolu tal-lejżer, u d-diverġenza ta 'raġġ Gaussian (0) hija definita bħala:
W 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 fl-output
11: Daqs tal-post (unitajiet tipiċi: um)
Id-daqs tal-post ta 'raġġ tal-lejżer iffukat jiddeskrivi d-dijametru tar-raġġ fil-fokus tas-sistema tal-lenti li tiffoka. F'ħafna applikazzjonijiet bħall-ipproċessar tal-materjal 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 partikolarment fini (Figura 5). Lentijiet asferiċi ħafna drabi jintużaw minflok lentijiet sferiċi tradizzjonali biex inaqqsu l-aberrazzjonijiet sferiċi u jipproduċu daqsijiet iżgħar ta 'spot fokali. Xi tipi ta 'sistemi tal-lejżer fl-aħħar mill-aħħar ma jiffokawx il-lejżer fuq post, f'liema każ dan il-parametru ma japplikax.
Figura 5: Esperimenti tal-mikromachining bil-lejżer fl-Istitut Taljan tat-Teknoloġija juru żieda 10-darbiet fl-effiċjenza tal-ablazzjoni f'sistema tat-tħaffir bil-lejżer nanosekondi meta d-daqs tal-post jitnaqqas minn 220um għal 9um b'rata ta' fluss kostanti
12: Distanza tax-xogħol (unitajiet tipiċi: um sa m)
Id-distanza tax-xogħol ta 'sistema tal-lejżer hija tipikament definita bħala d-distanza fiżika mill-element ottiku finali (ġeneralment lenti li tiffoka) għall-oġġett jew wiċċ li fuqu huwa ffukat il-lejżer. Ċerti applikazzjonijiet, bħal lasers mediċi, tipikament ifittxu li jimminimizzaw id-distanza tax-xogħol, filwaqt li oħrajn, bħal telerilevament, tipikament jimmiraw li jimmassimizzaw il-firxa tad-distanza tax-xogħol tagħhom.
