طیف گسترده ای از سیستم های لیزری همه منظوره در کاربردهای مختلف مانند پردازش مواد، جراحی لیزری و سنجش از راه دور وجود دارد، اما بسیاری از سیستم های لیزری پارامترهای کلیدی مشترکی دارند. ایجاد اصطلاحات مشترک برای این پارامترها از ارتباط نادرست جلوگیری می کند و درک آنها به سیستم لیزر و اجزای آن اجازه می دهد تا به درستی مشخص شوند تا نیازهای برنامه را برآورده کنند.
پارامترهای اساسی
پارامترهای اساسی زیر اساسی ترین مفاهیم سیستم های لیزری هستند و همچنین برای درک نکات پیشرفته تر حیاتی هستند.
1. طول موج(واحدهای معمولی: nm/um)
طول موج لیزر فرکانس فضایی موج نور ساطع شده را توصیف می کند. مواد مختلف دارای خواص جذب منحصر به فرد وابسته به طول موج در پردازش مواد خواهند بود که در نتیجه برهمکنش های متفاوتی با مواد ایجاد می شود. به طور مشابه، جذب و تداخل جوی اثرات متفاوتی بر روی طول موجهای خاص در سنجش از دور خواهد داشت و در کاربردهای لیزری پزشکی، مجتمعهای مختلف در طولموجهای خاصی جذب متفاوتی خواهند داشت. لیزرهای با طول موج کوتاهتر و اپتیکهای لیزری ایجاد ویژگیهای کوچک و دقیق با حداقل گرمایش محیطی را تسهیل میکنند زیرا نقطه کانونی کوچکتر است. با این حال، آنها به طور کلی گران تر و مستعد آسیب نسبت به لیزرهای با طول موج بلندتر هستند.
2. قدرت و انرژی(واحدهای معمولی: W/J)
توان لیزر بر حسب وات (W) اندازه گیری می شود و برای توصیف توان خروجی نوری لیزر موج پیوسته (CW) یا توان متوسط یک لیزر پالسی استفاده می شود. لیزرهای پالسی نیز با انرژی پالس خود مشخص می شوند که متناسب با توان متوسط و نسبت معکوس با سرعت تکرار لیزر است. انرژی با ژول (J) اندازه گیری می شود.
لیزرهای با توان و انرژی بالاتر عموماً گرانتر هستند و گرمای اتلاف بیشتری تولید می کنند. با افزایش توان و انرژی، حفظ کیفیت پرتو بالا به طور فزاینده ای دشوار می شود.
3. مدت زمان نبض(واحدهای معمولی: fs/ms)
مدت زمان پالس لیزر یا عرض پالس معمولاً به صورت نیمه پیک عرض کامل (FWHM) توان و زمان نور لیزر تعریف می شود. لیزرهای فوق سریع در طیف وسیعی از کاربردها، از جمله پردازش مواد دقیق و لیزرهای پزشکی، مزایای زیادی دارند و با مدت زمان پالس کوتاه حدود پیکوثانیه ({1}} ثانیه) تا آتوثانیه (10-18 ثانیه) مشخص می شوند.
4. نرخ تکرار(واحدهای معمولی: هرتز/ مگاهرتز)
نرخ تکرار یا نرخ تکرار پالس لیزر پالسی تعداد پالس های ساطع شده در ثانیه یا بازه پالس زمانی معکوس را توصیف می کند. همانطور که قبلا ذکر شد، نرخ تکرار با انرژی پالس نسبت معکوس و با توان متوسط متناسب است. اگرچه میزان تکرار معمولاً به محیط افزایش لیزر بستگی دارد، اما در بسیاری از موارد می تواند متفاوت باشد. سرعت تکرار بیشتر منجر به زمان استراحت حرارتی کوتاهتر برای سطح و فوکوس نهایی اپتیک لیزر میشود که منجر به گرم شدن سریعتر مواد میشود.
5. طول انسجام(واحدهای معمولی: mm/m)
لیزرها منسجم هستند، به این معنی که یک رابطه ثابت بین مقادیر فاز میدان الکتریکی در زمانها یا مکانهای مختلف وجود دارد. این به این دلیل است که برخلاف بسیاری از انواع دیگر منابع نور، نور لیزر با انتشار تحریکشده تولید میشود. انسجام در طول انتشار کاهش مییابد. و طول انسجام یک لیزر، مسافتی را که در آن انسجام زمانی لیزر با کیفیت معینی باقی می ماند، مشخص می کند.
6. قطبی شدن
قطبش جهت میدان الکتریکی موج نور را مشخص می کند که همیشه عمود بر جهت انتشار است. در بیشتر موارد، لیزر به صورت خطی قطبی می شود، به این معنی که میدان الکتریکی ساطع شده همیشه در یک جهت است. نور غیرقطبی میدانهای الکتریکی خواهد داشت که در جهات مختلف قرار دارند. قطبش معمولاً به صورت نسبت قدرت کانونی نور در دو حالت قطبش متعامد مانند 100:1 یا 500:1 بیان می شود.
پارامترهای پرتو
پارامترهای زیر شکل و کیفیت پرتو لیزر را مشخص می کند.
7. قطر تیر(واحدهای معمولی: mm/cm)
قطر پرتو لیزر امتداد عرضی پرتو یا اندازه فیزیکی آن عمود بر جهت انتشار را مشخص می کند. معمولاً به عنوان عرض 1/e2 تعریف می شود که با رسیدن شدت پرتو به 1/e2 (≈ 13.5٪) تعریف می شود. در 1/e2، شدت میدان به 1/e (≈ 37٪) کاهش می یابد. هرچه قطر پرتو بزرگتر باشد، اپتیک و سیستم کلی باید بزرگتر باشد تا از کوتاه شدن پرتو جلوگیری شود و در نتیجه هزینه افزایش یابد. با این حال، کاهش قطر پرتو، چگالی توان/انرژی را افزایش میدهد که میتواند مضر باشد.
8. توان یا چگالی انرژی(واحدهای معمولی: W/cm2، MW/cm2 یا µJ/cm2، J/cm2)
قطر پرتو مربوط به چگالی توان/انرژی پرتو لیزر یا توان/انرژی نوری در واحد سطح است. هرچه قطر پرتو بزرگتر باشد، چگالی توان/انرژی یک تیر با توان یا انرژی ثابت کمتر است. در خروجی نهایی یک سیستم (مثلاً در برش یا جوشکاری لیزر)، چگالی توان/انرژی بالا معمولاً ایدهآل است، اما در داخل سیستم، تمرکز توان/انرژی کم معمولاً برای جلوگیری از آسیب ناشی از لیزر مفید است. این همچنین از یونیزه شدن هوا توسط ناحیه با چگالی توان/انرژی بالا پرتو جلوگیری می کند. به این دلایل، در میان سایر موارد، از گسترش دهنده های پرتو لیزر اغلب برای افزایش قطر استفاده می شود، در نتیجه چگالی توان/انرژی در داخل سیستم لیزر کاهش می یابد. با این حال، باید مراقب بود که پرتو بیش از حد منبسط نشود تا پرتو از منافذ موجود در سیستم مسدود شود و در نتیجه انرژی هدر رفته و آسیب احتمالی ایجاد شود.
9. پروفیل تیر
پروفیل پرتو لیزر توزیع شدت در سطح مقطع پرتو را توصیف می کند. پروفیل های تیر معمولی شامل تیر گاوسی و تیر با سطح تخت می باشد که پروفیل تیر آنها به ترتیب از تابع گاوسی و تابع سطح صاف پیروی می کند. با این حال، هیچ لیزری نمی تواند یک پرتو کاملاً گاوسی یا کاملاً مسطح را تولید کند که مشخصات پرتو آن دقیقاً با عملکرد مشخصه آن مطابقت داشته باشد، زیرا همیشه تعداد معینی از نقاط داغ یا نوسانات در داخل لیزر وجود دارد. تفاوت بین پروفیل پرتو واقعی لیزر و پروفیل پرتو ایده آل معمولاً با معیاری توصیف می شود که شامل فاکتور M2 لیزر است.
10. واگرایی(واحد معمولی: mrad)
اگر چه پرتوهای لیزر عموماً به صورت متوازن در نظر گرفته میشوند، اما همیشه حاوی مقدار معینی واگرایی هستند که میزان واگرایی پرتو در یک فاصله فزاینده از کمر پرتو لیزر به دلیل پراش را توصیف میکند. در کاربردهایی با فواصل کاری طولانی، مانند سیستمهای liDAR، که در آن اجسام ممکن است صدها متر از سیستم لیزر فاصله داشته باشند، واگرایی به یک مشکل مهم تبدیل میشود. واگرایی پرتو معمولاً با نیم زاویه لیزر تعریف می شود و واگرایی (θ) پرتو گاوسی به صورت زیر تعریف می شود:
θ═λ/πw0
λ طول موج لیزر است و w0 دور کمر لیزر است.
این پارامترهای نهایی عملکرد سیستم لیزر را در خروجی توصیف می کنند.
11. اندازه نقطه(واحد معمولی: میکرومتر)
اندازه نقطه پرتو لیزر متمرکز، قطر پرتو در نقطه کانونی سیستم عدسی فوکوس را توصیف می کند. در بسیاری از کاربردها، مانند پردازش مواد و جراحی پزشکی، هدف به حداقل رساندن اندازه نقطه است. این چگالی توان را به حداکثر میرساند و امکان ایجاد ویژگیهای ریزدانه را فراهم میکند. لنزهای غیر کروی اغلب به جای لنزهای کروی سنتی برای کاهش انحرافات کروی و تولید اندازه نقطه کانونی کوچکتر استفاده می شوند. برخی از انواع سیستم های لیزر در نهایت لیزر را روی نقطه متمرکز نمی کنند، در این صورت این پارامتر اعمال نمی شود.
12. فاصله کاری(واحد معمولی: میکرومتر / متر)
فاصله کاری یک سیستم لیزری به طور کلی به عنوان فاصله فیزیکی از عنصر نوری نهایی (معمولاً یک لنز فوکوس) تا جسم یا سطحی که لیزر روی آن متمرکز شده است تعریف می شود. برخی از کاربردها، مانند لیزرهای پزشکی، اغلب به دنبال به حداقل رساندن فاصله کاری هستند، در حالی که برنامه های کاربردی دیگر، مانند سنجش از راه دور، اغلب هدفشان به حداکثر رساندن برد فاصله کاری است.
شرکت فناوری لیزر Xi'an Guosheng یک شرکت با فناوری پیشرفته متخصص در تحقیق و توسعه، ساخت و فروش دستگاه روکش لیزری اتوماتیک، دستگاه روکش لیزری پرسرعت، دستگاه خاموش کننده لیزر، دستگاه جوش لیزری و تجهیزات چاپ سه بعدی لیزری است. محصولات ما مقرون به صرفه هستند و در داخل و خارج از کشور به فروش می رسند. اگر به محصولات ما علاقه مند هستید، لطفاً با ما در bob@gshenglaser.com تماس بگیرید.