У разним применама као што су обрада материјала, ласерска хирургија, даљинско испитивање и посебноласерско обележавање, постоји низ уобичајених ласерских система. Многи од ових ласерских система деле кључне параметре. Успостављање универзалних термина за ове параметре може спречити погрешно представљање, а разумевањем ових термина можете исправно одредити ласерске системе и компоненте како би задовољили потребе ваше апликације.
Слика 1: Шематски дијаграм уобичајеног система за обраду ласерског материјала, у коме је 10 кључних параметара ласерског система представљено одговарајућим бројевима
НО.1 Таласна дужина: Таласна дужина ласера је основни параметар који описује просторну фреквенцију емитованог светлосног таласа. Ласери различитих таласних дужина играју улогу у различитим применама. У обради материјала, различити материјали имају различите карактеристике апсорпције за различите таласне дужине, па је и интеракција са материјалом различита. Ласери краће таласне дужине и ласерска оптика имају предности у стварању малих и прецизних карактеристика, са мање периферног грејања. Међутим, ови уређаји су обично скупљи и крхкији у поређењу са ласерима са дужим таласним дужинама.
НО.2 Повер: Снага ласера се обично мери у ватима (В), користи се за описивање излазне оптичке снаге ласера са континуалним таласом (ЦВ) или просечне снаге импулсних ласера. Карактеристика импулсних ласера је да им је енергија импулса директно пропорционална просечној снази и обрнуто пропорционална брзини понављања. Јединица за енергију је џул (Ј). Због тога се енергија импулса може израчунати дељењем просечне снаге са стопом понављања.
Слика 2: визуелни приказ односа између енергије импулса, брзине понављања и просечне снаге импулсних ласера веће снаге и енергије ласери су генерално скупљи и стварају више отпадне топлоте. Како се снага и енергија повећавају, постаје све теже одржавати висок квалитет зрака.
НО.3 Трајање пулса:Трајање импулса или ширина импулса ласера се обично дефинише као време потребно да ласер достигне половину (ФВХМ) своје максималне оптичке снаге. Ултрабрзи ласери се одликују кратким трајањем импулса, у распону од пикосекунди (10-12 секунди) до атосекунди (10-18 секунди).
Слика 3: Интервал импулса импулсног ласера је реципрочна брзина понављања
БР.4 Стопа понављања:Брзина понављања импулсног ласера описује број емитованих импулса у секунди, који је реципрочан временски интервал између импулса. Супротно ономе што је раније поменуто, стопа понављања је обрнуто пропорционална енергији импулса и директно пропорционална просечној снази. Већа стопа понављања значи да је време термичке релаксације површине ласерског оптичког елемента и крајње фокусиране тачке краће, па је брзина загревања материјала бржа.
БР.5 Кохеренција Дужина:Ласери имају кохерентност, што значи да постоји фиксни однос између вредности фазе електричног поља у различитим временима или позицијама. Ова карактеристика произилази из чињенице да се ласери производе стимулисаном емисијом, што се разликује од већине других врста извора светлости. Иако ће кохерентност ласера постепено слабити током ширења, дужина кохерентности ласера дефинише растојање на којем његова временска кохерентност остаје на одређеном нивоу.
НО.6 Поларизација:Поларизација дефинише правац електричног поља светлосног таласа, који је увек окомит на правац простирања. У већини случајева, ласер је линеарно поларизован, односно емитовано електрично поље увек показује у истом правцу. Насупрот томе, неполаризована светлост ће произвести електрична поља усмерена у много различитих праваца. Поларизација се обично изражава као однос снаге светлости између два ортогонална поларизациона стања, као што је 100:1 или 500:1.
НО.7 Пречник снопа: Пречник снопа ласера описује бочно продужење зрака, односно физичку величину која је окомита на правац простирања. Обично се пречник снопа дефинише на ширини 1/е², односно тачки где интензитет снопа достиже 1/е² (око 13,5%) максималне вредности. У овом тренутку, јачина електричног поља пада на 1/е (око 37%) од максималне вредности. Што је већи пречник снопа, веће су оптичке компоненте и цео систем потребни да би се избегло одсецање снопа, што доводи до повећаних трошкова. Међутим, смањење пречника зрака ће повећати густину снаге/енергије, што ће такође донети негативне ефекте.
БР.8 Густина снаге или енергије: Снага или густина енергије се односи на снагу зрака или енергију по јединици површине. Пречник снопа је уско повезан са густином снаге/енергије. Када снага или енергија зрака остане константна, што је већи пречник зрака, то је мања густина снаге/енергије. Уопштено говорећи, ласери са великом снагом/енергетском густином су идеалан коначни излаз система, као што је ласерско сечење или ласерско заваривање. Међутим, ласери са малом снагом/густином енергије су корисни за систем интерно, могу да смање штету узроковану ласерима и да спрече подручје снопа велике снаге/високе густине енергије да јонизује ваздух.
НО.9 Профил снопа: Профил греде описује интензитет дистрибуције греде на попречном пресеку. Уобичајени профили греда укључују Гаусове греде и греде са равним врхом, а њихови профили греда прате Гаусове и равне греде, респективно. Међутим, пошто увек постоји одређени број врућих тачака или осцилација унутар ласера, ниједан ласер не може произвести савршен Гаусов сноп или савршен сноп са равним врхом који савршено одговара идеалном профилу снопа. Разлика између стварног профила снопа ласера и идеалног профила зрака обично се описује вишеструким индикаторима мерења (укључујући М² фактор ласера).
НО.10 Дивергенција:Иако људи обично мисле да је ласерски зрак колимирана светлост, у ствари, ласерски зрак ће увек имати одређени степен дивергенције. Дивергенција описује степен дифузије зрака у односу на струк снопа након ширења на велике удаљености услед дифракције. У апликацијама са великим радним растојањима, као што су ласерски радарски системи, где циљ и ласерски систем могу бити удаљени стотинама метара, дивергенција постаје посебно важно питање. Дивергенција зрака је обично дефинисана полууглом ласера, а угао дивергенције (θ) Гаусовог снопа је дефинисан као λ таласна дужина ласера, а в0 је струк ласерског зрака.
НО.11 Спот Сизе: Величина тачке описује пречник тачке фокусираног ласерског зрака, који се налази у фокусу система сочива за фокусирање. У многим апликацијама, као што су обрада материјала и медицинска хирургија, наш циљ је да минимизирамо величину тачке. Ово може максимизирати густину снаге и створити посебно фине карактеристике. Асферична сочива се често користе за замену традиционалних сферних сочива како би се смањиле сферне аберације и смањила величина тачке. У неким типовима ласерских система, ласер на крају неће фокусирати ласер у тачку, тако да у овом случају овај параметар не важи.
Слика 5: Експерименти ласерске микромашинске обраде на Италијанском институту за технологију показују да се ефикасност аблације наносекундног ласерског система бушења повећава десет пута када се величина тачке смањи са 220 микрона на 9 микрона при константном флуксу.
