Materiallarni qayta ishlash, lazerli jarrohlik va masofadan zondlash kabi turli xil ilovalar uchun keng tarqalgan lazer tizimlarining keng doirasi mavjud, biroq ko'plab lazer tizimlari umumiy asosiy parametrlarga ega. Ushbu parametrlar uchun umumiy terminologiyani o'rnatish noto'g'ri aloqalarni oldini oladi va ularni tushunish dastur talablariga javob beradigan lazer tizimlari va komponentlarini to'g'ri spetsifikatsiya qilish imkonini beradi.
1-rasm: Lazer tizimining 10 ta asosiy parametrlarining har biri mos keladigan raqam bilan ifodalangan umumiy lazer materiallarini qayta ishlash tizimining sxemasi
Asosiy parametrlar
Quyidagi asosiy parametrlar lazer tizimining eng asosiy tushunchalari bo'lib, yanada rivojlangan nuqtalarni tushunish uchun zarurdir.
1: To‘lqin uzunligi (odatiy birliklar: nm dan mkm gacha)
Lazerning to'lqin uzunligi chiqarilgan yorug'lik to'lqinining fazoviy chastotasini tavsiflaydi. Berilgan foydalanish holati uchun optimal to'lqin uzunligi dasturga juda bog'liq. Turli materiallar materialni qayta ishlashda to'lqin uzunligiga bog'liq bo'lgan noyob assimilyatsiya xususiyatlariga ega bo'ladi, natijada material bilan turli xil shovqinlar paydo bo'ladi. Xuddi shunday, atmosfera yutilishi va interferentsiyasi masofadan zondlashda ma'lum to'lqin uzunliklariga boshqacha ta'sir qiladi va turli komplekslar tibbiy lazer ilovalarida ma'lum to'lqin uzunliklarini turlicha yutadi. Qisqaroq to'lqin uzunligi lazerlari va lazer optikasi minimal periferik isitish bilan kichik, aniq xususiyatlarni yaratishga yordam beradi, chunki fokus nuqtasi kichikroq. Biroq, ular odatda uzunroq to'lqin uzunlikdagi lazerlarga qaraganda qimmatroq va oson shikastlanadi.
2: Quvvat va energiya (odatiy birliklar: Vt yoki J)
Lazerning kuchi vattlarda (Vt) o'lchanadi va doimiy to'lqin (CW) lazerining optik quvvatini yoki impulsli lazerning o'rtacha quvvatini tavsiflash uchun ishlatiladi. Impulsli lazerlar, shuningdek, o'rtacha quvvatga proportsional va lazerning takrorlanish tezligiga teskari proportsional bo'lgan impuls energiyasi bilan ham tavsiflanadi (2-rasm). Energiya joulda (J) o'lchanadi.
2-rasm: Impuls energiyasi, takrorlanish tezligi va impulsli lazerning o'rtacha quvvati o'rtasidagi bog'liqlikning vizual tasviri
Yuqori quvvat va energiya lazerlari odatda qimmatroq va ular ko'proq chiqindi issiqlik ishlab chiqaradi. Yuqori nur sifatini saqlab qolish ham kuch va energiya oshishi bilan qiyinlashadi.
3: Pulsning davomiyligi (odatiy birliklar: fs dan ms gacha)
Lazer zarbasining davomiyligi yoki puls kengligi odatda lazer nuri kuchining vaqtga nisbatan yarim maksimal (FWHM)dagi to'liq kengligi sifatida aniqlanadi (3-rasm). Ultrafast lazerlar materiallarni aniq qayta ishlash va tibbiy lazerlarni o'z ichiga olgan turli xil ilovalarda ko'plab afzalliklarni taqdim etadi va pulsning taxminan pikosekundlar (10-12 soniya) dan attosekundlar (10-18 sekundlar)gacha bo'lgan qisqa davomiyligi bilan tavsiflanadi.
3-rasm: Takrorlanish tezligining o'zaro nisbati bilan vaqt bo'yicha ajratilgan impulsli lazer impulslari
4: Takrorlash tezligi (odatiy birliklar: Gts dan MGts gacha)
Impulsli lazerning takrorlanish tezligi yoki zarba takrorlash chastotasi soniyada chiqariladigan impulslar sonini yoki teskari vaqt pulslari oralig'ini tavsiflaydi (3-rasm). Avval aytib o'tganimizdek, takrorlash tezligi impuls energiyasiga teskari proportsional va o'rtacha quvvatga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Takrorlash tezligi odatda lazerning daromadli muhitiga bog'liq bo'lsa-da, u ko'p hollarda farq qilishi mumkin. Yuqori takrorlash stavkalari lazer optikasi yuzasida va yakuniy fokus nuqtasida termal gevşeme vaqtlarining qisqarishiga olib keladi, bu esa materialning tezroq isishiga olib keladi.
5: Kogerentlik uzunligi (odatiy birliklar: millimetrdan metrgacha)
Lazerlar kogerentdir, ya'ni turli vaqtlarda yoki joylarda elektr maydonining faza qiymatlari o'rtasida qat'iy bog'liqlik mavjud. Buning sababi shundaki, boshqa turdagi yorug'lik manbalaridan farqli o'laroq, lazerlar hayajonlangan emissiya orqali ishlab chiqariladi. Kogerentlik butun tarqalish jarayonida pasayadi va lazerning kogerentlik uzunligi lazerning vaqtinchalik kogerentligi ma'lum bir sifatda saqlanadigan masofani belgilaydi.
6: Polarizatsiya
Polarizatsiya yorug'lik to'lqinining elektr maydonining yo'nalishini belgilaydi, bu esa har doim tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar bo'ladi. Ko'pgina hollarda lazer chiziqli polarizatsiyalanadi, ya'ni chiqarilgan elektr maydoni har doim bir xil yo'nalishga ishora qiladi. Polarizatsiyalanmagan yorug'lik turli yo'nalishlarga ishora qiluvchi elektr maydoniga ega bo'ladi. Polarizatsiya darajasi odatda ikkita ortogonal qutblangan holatda yorug'likning fokus uzunliklarining nisbati sifatida ifodalanadi, masalan, 100:1 yoki 500:1.
Nur parametrlari
Quyidagi parametrlar lazer nurining shakli va sifatini tavsiflaydi.
7: Nur diametri (odatiy birliklar: mm dan sm gacha)
Lazer nurining diametri nurning lateral kengayishini yoki uning tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan jismoniy o'lchamini tavsiflaydi. Odatda u 1/e2 (≈ 13,5%) da nur intensivligi bilan erishiladigan 1/e2 kengligi sifatida aniqlanadi. 1/e2 nuqtasida elektr maydon kuchi 1/e (≈ 37%) ga tushadi. Nurning diametri qanchalik katta bo'lsa, nurning kesilishiga yo'l qo'ymaslik uchun optika va butun tizim qanchalik katta bo'lishi kerak, bu esa xarajatlarni oshiradi. Shu bilan birga, nur diametrining qisqarishi quvvat/energiya zichligini oshiradi, bu ham zararli bo'lishi mumkin.
8: Quvvat yoki energiya zichligi (odatiy birliklar: Vt/sm2 dan MVt/sm2 yoki µJ/sm2 dan J/sm2 gacha)
Nur diametri lazer nurining quvvati/energiya zichligi yoki birlik maydonidagi optik quvvat/energiya bilan bog'liq. Nur diametri qanchalik katta bo'lsa, doimiy quvvat yoki energiyaga ega bo'lgan nurning quvvati/energiya zichligi shunchalik past bo'ladi. Tizimning yakuniy chiqishida (masalan, lazerni kesish yoki payvandlashda) yuqori quvvat/energiya zichligi ko'pincha ma'qul bo'ladi, lekin tizim ichida kam quvvat/energiya kontsentratsiyasi ko'pincha lazerdan kelib chiqadigan shikastlanishning oldini olish uchun foydalidir. Bu, shuningdek, nurning yuqori quvvat/energiya zichligi hududida havoning ionlanishini oldini oladi. Shu sabablarga ko'ra, boshqalar qatorida, lazer nurlari kengaytirgichlari ko'pincha diametrini oshirish va shu bilan lazer tizimi ichidagi quvvat/energiya zichligini kamaytirish uchun ishlatiladi. Shu bilan birga, nurni shunchalik kengaytirmaslik uchun ehtiyot bo'lish kerakki, nur tizimdagi teshiklardan to'sib qo'yiladi, natijada energiya behuda sarflanadi va potentsial shikastlanadi.
9: Nur profili
Lazerning nurlanish profili nurning kesimida taqsimlangan intensivlikni tavsiflaydi. Umumiy nurli profillarga gauss va tekis ustki nurlar kiradi, ularning nur profillari mos ravishda Gauss va tekis tepalik funktsiyalariga mos keladi (4-rasm). Biroq, hech bir lazer o'zining o'ziga xos funktsiyasiga to'liq mos keladigan nur profiliga ega bo'lgan to'liq Gauss yoki butunlay tekis yuqori nurni ishlab chiqara olmaydi, chunki lazer ichida har doim ma'lum miqdordagi issiq nuqtalar yoki tebranishlar mavjud. Lazerning haqiqiy nur profili va ideal nur profili o'rtasidagi farq odatda lazerning M2 omilini o'z ichiga olgan metrik bilan tavsiflanadi.
4-rasm: O'rtacha quvvati yoki intensivligi bir xil bo'lgan Gauss nurlari va tekis ustki nurga ega bo'lgan nurning profilini taqqoslash shuni ko'rsatadiki, Gauss nurining eng yuqori intensivligi tekis chiziqli nurdan ikki baravar ko'pdir.
10: Divergentsiya (odatiy birliklar: mrad)
Lazer nurlari odatda kollimatsiyalangan deb hisoblansa-da, ular har doim ma'lum miqdordagi divergensiyani o'z ichiga oladi, bu diffraktsiya tufayli nurning lazer nurining belidan ortib borayotgan masofalarda ajralish darajasini tavsiflaydi. Ob'ektlar lazer tizimidan yuzlab metr uzoqlikda joylashgan LIDAR tizimlari kabi uzoq masofalarga ega bo'lgan ilovalarda divergensiya ayniqsa muhim masalaga aylanadi. Nurning divergensiyasi odatda lazerning yarim burchagi bilan aniqlanadi va Gauss nurining divergensiyasi (th) quyidagicha aniqlanadi:
Rasm.
l - lazerning to'lqin uzunligi va w0 - lazer nurining beli.
Yakuniy tizim parametrlari
Ushbu yakuniy parametrlar chiqishda lazer tizimining ishlashini tavsiflaydi.
11: Spot hajmi (odatiy birlik: mkm)
Fokuslangan lazer nurining nuqta o'lchami fokuslash linzalari tizimining markazlashtirilgan nuqtasidagi nur diametrini tavsiflaydi. Materiallarni qayta ishlash va tibbiy jarrohlik kabi ko'plab ilovalarda maqsad nuqta hajmini minimallashtirishdir. Bu quvvat zichligini maksimal darajada oshiradi va ajoyib xususiyatlarni yaratishga imkon beradi. Asferik linzalar ko'pincha an'anaviy sferik linzalar o'rniga sferik aberatsiyani kamaytirish va kichikroq fokusli nuqta o'lchamlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ba'zi turdagi lazer tizimlari oxir-oqibat lazerni nuqtaga qaratmaydi, bu holda bu parametr qo'llanilmaydi.
12: Ishlash masofasi (odatiy birliklar: mkm dan m gacha)
Lazer tizimining ish masofasi odatda oxirgi optik elementdan (odatda fokuslovchi linzalardan) lazer qaratilgan ob'ekt yoki sirtgacha bo'lgan jismoniy masofa sifatida aniqlanadi. Tibbiy lazerlar kabi ba'zi ilovalar, odatda, ish masofasini minimallashtirishga intiladi, boshqa ilovalar, masalan, masofadan zondlash, odatda, ish masofasi oralig'ini maksimal darajada oshirishga intiladi.
