Erinevate rakenduste jaoks, nagu materjalide töötlemine, laserkirurgia ja kaugseire, on lai valik üldotstarbelisi lasersüsteeme, kuid paljudel lasersüsteemidel on ühised põhiparameetrid. Nende parameetrite jaoks ühise terminoloogia loomine hoiab ära arusaamatused ja nende mõistmine võimaldab lasersüsteemide ja -komponentide õiget spetsifikatsiooni, et need vastaksid rakendusnõuetele.
Põhiparameetrid
Järgmised põhiparameetrid on lasersüsteemi kõige olulisemad kontseptsioonid ja on hädavajalikud täpsemate punktide mõistmiseks.
1: lainepikkus (tavalised ühikud: nm kuni µm)
Laseri lainepikkus kirjeldab kiiratava valguslaine ruumilist sagedust. Konkreetse kasutusjuhtumi optimaalne lainepikkus sõltub suuresti rakendusest. Materjalide töötlemisel on erinevatel materjalidel ainulaadsed lainepikkusest sõltuvad neeldumisomadused, mille tulemusena tekivad materjaliga erinevad interaktsioonid. Samamoodi võivad kaugseires atmosfääri neeldumine ja häired mõjutada teatud lainepikkusi erinevalt ning meditsiinilistes laserrakendustes võivad erinevad kompleksid teatud lainepikkusi erinevalt neelata. Lühema lainepikkusega laserid ja laseroptika aitavad luua väikseid ja täpseid funktsioone minimaalse perifeerse soojendusega, kuna fookuspunkt on väiksem. Kuid need on tavaliselt kallimad ja kergemini kahjustatavad kui pikema lainepikkusega laserid.
2: võimsus ja energia (tavalised ühikud: W või J)
Laseri võimsust mõõdetakse vattides (W) ja seda kasutatakse pidevlaine (CW) laseri optilise väljundvõimsuse või impulsslaseri keskmise võimsuse kirjeldamiseks. Impulsslasereid iseloomustab ka nende impulsienergia, mis on võrdeline laseri keskmise võimsusega ja pöördvõrdeline laseri kordussagedusega (joonis 2). Energiat mõõdetakse džaulides (J).
Suurema võimsusega ja energiaga laserid on tavaliselt kallimad ja toodavad rohkem heitsoojust. Kaugtulede kvaliteedi säilitamine muutub võimsuse ja energia suurenemisega raskemaks.
3: impulsi kestus (tavalised ühikud: fs kuni ms)
Laseriimpulsi kestus või impulsi laius on tavaliselt defineeritud kui laseri valguse võimsuse ja aja täislaius poole maksimumi juures (FWHM) (joonis 3). Ülikiired laserid pakuvad palju eeliseid mitmesugustes rakendustes, sealhulgas materjalide täppistöötluses ja meditsiinilistes laserites, ning neid iseloomustavad lühikesed impulsi kestused umbes pikosekunditest (10-12 sekundit) kuni attosekundini (10-18 sekundit).
4: kordussagedus (tavalised ühikud: Hz kuni MHz)
Impulsslaseri kordussagedus ehk impulsi kordussagedus kirjeldab sekundis kiiratavate impulsside arvu või impulsi vastupidist ajavahemikku (joonis 3). Nagu varem mainitud, on kordussagedus pöördvõrdeline impulsi energiaga ja otseselt proportsionaalne keskmise võimsusega. Kuigi kordussagedus sõltub tavaliselt laseri võimenduskeskkonnast, võib see paljudel juhtudel varieeruda. Suuremad kordussagedused põhjustavad laseri optilisel pinnal ja lõppfookuses lühemaid termilisi lõdvestusi, mis viib materjali kiirema kuumenemiseni.
5: koherentsuse pikkus (tavalised ühikud: millimeetritest meetriteni)
Laserid on koherentsed, mis tähendab, et elektrivälja faasiväärtuste vahel eri aegadel või kohtades on kindel seos. Seda seetõttu, et erinevalt enamikust muudest valgusallikatüüpidest toodetakse lasereid ergastatud emissiooni teel. Sidusus väheneb kogu edastusprotsessi vältel ja laseri koherentsuse pikkus määrab kauguse, mille jooksul laseri ajaline koherentsus püsib teatud kvaliteediga.
6: Polarisatsioon
Polarisatsioon määrab valguslaine elektrivälja suuna, mis on alati levimissuunaga risti. Enamikul juhtudel on laser lineaarselt polariseeritud, mis tähendab, et kiiratav elektriväli osutab alati samas suunas. Polariseerimata valgusel on elektriväli, mis osutab erinevatesse suundadesse. Polarisatsiooni väljendatakse tavaliselt valguse fookuskauguste suhtena kahes ortogonaalselt polariseeritud olekus, näiteks 100:1 või 500:1.
Tala parameetrid
Järgmised parameetrid iseloomustavad laserkiire kuju ja kvaliteeti.
7: tala läbimõõt (tavalised ühikud: mm kuni cm)
Laseri kiire läbimõõt iseloomustab kiire külgpikendust ehk levimissuunaga risti olevat füüsilist mõõdet. Tavaliselt määratletakse seda kui 1/e2 laiust, st laiust, mis saavutatakse kiire intensiivsusega 1/e2 (≈13,5%). Punktis 1/e2 langeb elektrivälja tugevus 1/e-ni (≈37%). Mida suurem on tala läbimõõt, seda suurem peab olema optika ja kogu süsteem, et vältida kiire kärpimist, mis suurendab kulusid. Kuid kiire läbimõõdu vähenemine suurendab võimsuse/energia tihedust, mis on samuti kahjulik.
8: võimsus või energiatihedus (tavalised ühikud: W/cm2 kuni MW/cm2 või µJ/cm2 kuni J/cm2)
Kiire läbimõõt on seotud laserkiire võimsuse/energiatihedusega või optilise võimsusega/energiaga pindalaühiku kohta. Mida suurem on kiire diameeter, seda väiksem on konstantse võimsusega või konstantse energiaga kiire võimsus/energiatihedus. Süsteemi lõppväljundis (nt laserlõikamisel või keevitamisel) on tavaliselt vaja suurt võimsuse/energia tihedust, kuid süsteemi sees on laseri poolt põhjustatud kahjustuste ärahoidmisel tavaliselt kasulik madal võimsuse/energia kontsentratsioon. See hoiab ära ka õhu ionisatsiooni kiire suure võimsuse/energiatiheduse piirkonnas. Nendel põhjustel kasutatakse muu hulgas sageli laserkiire laiendajaid, et suurendada läbimõõtu ja seeläbi vähendada lasersüsteemi sees olevat võimsust/energiatihedust. Siiski tuleb jälgida, et kiir ei ulatuks nii suureks, et kiir oleks süsteemi avast varjatud, mille tulemuseks on energia raiskamine ja võimalikud kahjustused.
9: tala profiil
Laseri kiire profiil kirjeldab jaotatud intensiivsust kiire ristlõikes. Levinud talade profiilid hõlmavad Gaussi ja tasapinnalisi talasid, mis järgivad vastavalt Gaussi ja tasapinnalisi funktsioone (joonis 4). Kuid kuna laseri sees on alati teatud arv kuumi punkte või kõikumisi, ei suuda ükski laser tekitada täielikult Gaussi või täielikult lameda tipuga kiirt, mis vastab täpselt selle omafunktsioonile. Laseri tegeliku kiire profiili ja ideaalse kiirprofiili erinevust kirjeldatakse tavaliselt laseri M2-tegurit sisaldava meetrikaga.
10: lahknevus (tüüpiline ühik: mrad)
Kuigi laserkiirt peetakse üldiselt kollimeeritud, sisaldavad need alati teatud määral lahknemist, mis kirjeldab seda, kui suurel määral difraktsiooni tõttu lahkneb kiir laserkiire vööst suureneva kauguse korral. Pikkade töökaugustega rakendustes, nagu LIDAR-süsteemid, kus objektid võivad lasersüsteemist olla sadade meetrite kaugusel, muutub lahknemine eriti oluliseks probleemiks. Kiirdivergentsi defineeritakse tavaliselt laseri poolnurgana ja Gaussi kiire divergentsi (θ) defineeritakse järgmiselt.
λ on laseri lainepikkus ja w{0}} on laseri lainepikkus.
Süsteemi lõplikud parameetrid
Need lõplikud parameetrid kirjeldavad lasersüsteemi jõudlust väljundis.
11: punkti suurus (tavaline ühik: µm)
Fokuseeritud laserkiire punkti suurus kirjeldab kiire läbimõõtu teravustamisläätsede süsteemi fookuspunktis. Paljudes rakendustes, nagu materjalide töötlemine ja meditsiiniline kirurgia, on eesmärk minimeerida koha suurust. See maksimeerib võimsustihedust ja võimaldab luua erakordselt peeneid omadusi (joonis 5). Asfäärilisi läätsi kasutatakse sageli tavaliste sfääriliste läätsede asemel, et minimeerida sfäärilist aberratsiooni ja tekitada väiksemaid fookuspunkti suurusi. Teatud tüüpi lasersüsteemid ei fokuseeri laserit lõppkokkuvõttes täpile, sel juhul see parameeter ei kehti.
12: töökaugus (tavaline ühik: µm kuni m)
Lasersüsteemi töökaugus on üldiselt määratletud kui füüsiline kaugus lõplikust optilisest elemendist (tavaliselt fokusseerivast läätsest) objekti või pinnani, millele laser fokusseeritakse. Mõned rakendused, näiteks meditsiinilised laserid, püüavad sageli töökaugust minimeerida, samas kui teised rakendused, nagu kaugseire, püüavad sageli oma töökauguse ulatust maksimeerida.
