Mae ystod eang o systemau laser pwrpas cyffredinol ar gyfer amrywiol gymwysiadau megis prosesu deunyddiau, llawdriniaeth laser, a synhwyro o bell, ond mae llawer o systemau laser yn rhannu paramedrau allweddol cyffredin. Mae sefydlu terminoleg gyffredin ar gyfer y paramedrau hyn yn atal camddealltwriaeth, ac mae eu deall yn caniatáu pennu systemau a chydrannau laser yn gywir i fodloni gofynion cymhwyso.
Paramedrau Sylfaenol
Y paramedrau sylfaenol canlynol yw'r cysyniadau mwyaf sylfaenol o system laser ac maent yn hanfodol i ddeall y pwyntiau mwy datblygedig.
1: Tonfedd (unedau nodweddiadol: nm i µm)
Mae tonfedd laser yn disgrifio amledd gofodol y don golau a allyrrir. Mae'r donfedd optimaidd ar gyfer achos defnydd penodol yn dibynnu'n fawr ar y cais. Mewn prosesu deunyddiau, mae gan wahanol ddeunyddiau briodweddau amsugno unigryw sy'n dibynnu ar donfedd sy'n arwain at ryngweithio gwahanol â'r deunydd. Yn yr un modd, mewn synhwyro o bell, gall amsugno atmosfferig ac ymyrraeth effeithio ar donfeddi penodol yn wahanol, ac mewn cymwysiadau laser meddygol, gall amrywiol gyfadeiladau amsugno rhai tonfeddi yn wahanol. Mae laserau tonfedd byrrach ac opteg laser yn helpu i greu nodweddion bach, manwl gywir heb fawr o wres ymylol oherwydd bod y man ffocal yn llai. Fodd bynnag, maent fel arfer yn ddrytach ac yn cael eu niweidio'n haws na laserau tonfedd hirach.
2: Pŵer ac Ynni (unedau nodweddiadol: W neu J)
Mae pŵer laser yn cael ei fesur mewn watiau (W) ac fe'i defnyddir i ddisgrifio'r allbwn pŵer optegol o laser ton barhaus (CW) neu bŵer cyfartalog laser pwls. Mae laserau pwls hefyd yn cael eu nodweddu gan eu hegni pwls, sy'n gymesur â'r pŵer cyfartalog ac mewn cyfrannedd gwrthdro â chyfradd ailadrodd y laser (Ffigur 2). Mae'r egni yn cael ei fesur mewn joules (J).
Mae laserau pŵer ac ynni uwch fel arfer yn ddrutach ac maent yn cynhyrchu mwy o wres gwastraff. Mae cynnal ansawdd trawst uchel hefyd yn dod yn anoddach gyda phŵer ac egni cynyddol.
3: Hyd curiad y galon (unedau nodweddiadol: fs i ms)
Fel arfer diffinnir hyd pwls laser neu led curiad y galon fel lled llawn ar hanner uchaf (FWHM) pŵer golau laser yn erbyn amser (Ffigur 3). Mae laserau gwibgyswllt yn cynnig llawer o fanteision mewn ystod o gymwysiadau gan gynnwys prosesu deunyddiau manwl gywir a laserau meddygol, ac fe'u nodweddir gan gyfnodau pwls byr o tua picoseconds (10-12 eiliad) i attoseconds (10-18 eiliad).
4: Cyfradd ailadrodd (unedau nodweddiadol: Hz i MHz)
Mae cyfradd ailadrodd neu amlder ailadrodd curiad y galon laser curiadau yn disgrifio nifer y corbys sy'n cael eu hallyrru yr eiliad neu'r cyfwng pwls amser gwrthdro (Ffigur 3). Fel y soniwyd yn gynharach, mae'r gyfradd ailadrodd mewn cyfrannedd gwrthdro â'r egni pwls ac yn uniongyrchol gymesur â'r pŵer cyfartalog. Er bod y gyfradd ailadrodd fel arfer yn dibynnu ar y cyfrwng ennill laser, gall amrywio mewn llawer o achosion. Mae cyfraddau ailadrodd uwch yn arwain at amseroedd ymlacio thermol byrrach ar wyneb optegol y laser ac ar y ffocws terfynol, gan arwain at wresogi deunydd yn gyflymach.
5: Hyd cydlyniad (unedau nodweddiadol: milimetrau i fetrau)
Mae laserau yn gydlynol, sy'n golygu bod perthynas sefydlog rhwng gwerthoedd cyfnod y maes trydan ar wahanol adegau neu leoliadau. Mae hyn oherwydd, yn wahanol i'r rhan fwyaf o fathau eraill o ffynonellau golau, mae laserau'n cael eu cynhyrchu gan allyriadau cynhyrfus. Mae cydlyniad yn lleihau trwy gydol y broses drosglwyddo, ac mae hyd cydlyniad y laser yn pennu'r pellter y mae cydlyniad amserol y laser yn parhau i fod ar ansawdd penodol.
6: Pegynu
Mae polareiddio yn pennu cyfeiriad maes trydan ton ysgafn, sydd bob amser yn berpendicwlar i gyfeiriad lluosogi. Yn y rhan fwyaf o achosion, bydd y laser yn cael ei bolaru'n llinol, sy'n golygu bod y maes trydan a allyrrir bob amser yn pwyntio i'r un cyfeiriad. Bydd gan olau heb ei bolar faes trydan sy'n pwyntio i lawer o wahanol gyfeiriadau. Mae polareiddio fel arfer yn cael ei fynegi fel cymhareb hyd ffocal golau mewn dau gyflwr polariaidd orthogonol, er enghraifft 100:1 neu 500:1.
Paramedrau trawst
Mae'r paramedrau canlynol yn nodweddu siâp ac ansawdd pelydr laser.
7: Diamedr trawst (unedau nodweddiadol: mm i cm)
Mae diamedr trawst laser yn nodweddu estyniad ochrol y trawst, neu'r dimensiwn ffisegol yn berpendicwlar i gyfeiriad lluosogi. Fe'i diffinnir fel arfer fel lled 1/e2, hy y lled a gyflawnir gan ddwysedd y trawst yn 1/e2 (≈13.5%). Ar y pwynt 1/e2, mae cryfder y maes trydan yn gostwng i 1/e (≈37%). Po fwyaf yw diamedr y trawst, y mwyaf y mae angen i'r opteg a'r system gyfan fod er mwyn osgoi cwtogi trawst, sy'n cynyddu'r gost. Fodd bynnag, mae gostyngiad mewn diamedr trawst yn cynyddu'r dwysedd pŵer / ynni, sydd hefyd yn niweidiol.
8: Pŵer neu Dwysedd Ynni (unedau nodweddiadol: W/cm2 i MW/cm2 neu µJ/cm2 i J/cm2)
Mae'r diamedr trawst yn ymwneud â dwysedd pŵer / ynni'r pelydr laser neu'r pŵer / ynni optegol fesul ardal uned. Po fwyaf yw'r diamedr trawst, yr isaf yw dwysedd pŵer / ynni'r pŵer cyson neu'r trawst egni cyson. Ar allbwn terfynol y system (ee, mewn torri laser neu weldio), mae angen dwysedd pŵer / ynni uchel fel arfer, ond o fewn y system, mae crynodiad pŵer / ynni isel fel arfer yn fuddiol i atal difrod a achosir gan laser. Mae hyn hefyd yn atal ïoneiddiad aer yn rhanbarth pŵer uchel / dwysedd ynni'r trawst. Am y rhesymau hyn, ymhlith eraill, defnyddir ehangwyr pelydr laser yn aml i gynyddu'r diamedr a thrwy hynny leihau'r dwysedd pŵer / ynni y tu mewn i'r system laser. Fodd bynnag, rhaid bod yn ofalus i beidio ag ymestyn y trawst mor fawr fel bod y trawst yn cael ei guddio o agoriad y system, gan arwain at wastraff ynni a difrod posibl.
9: Proffil Beam
Mae proffil trawst laser yn disgrifio'r dwyster dosbarthedig yn y trawstoriad trawst. Mae proffiliau trawst cyffredin yn cynnwys trawstiau Gaussiaidd a phen gwastad, sy'n dilyn swyddogaethau Gaussian a phen gwastad, yn y drefn honno (Ffigur 4). Fodd bynnag, gan fod yna bob amser nifer benodol o fannau poeth neu amrywiadau y tu mewn i'r laser, ni all unrhyw laser gynhyrchu trawst cwbl Gaussiaidd neu ben fflat llawn sy'n cydymffurfio'n union â'i weithrediad eigen. Mae'r gwahaniaeth rhwng proffil trawst gwirioneddol laser a'r proffil trawst delfrydol fel arfer yn cael ei ddisgrifio gan fetrig sy'n cynnwys ffactor M2 y laser.
10: Gwahaniaethu (uned nodweddiadol: mrad)
Er bod trawstiau laser yn cael eu hystyried yn gyfunol yn gyffredinol, maent bob amser yn cynnwys rhywfaint o wahaniaeth, sy'n disgrifio i ba raddau y mae'r trawst yn dargyfeirio ar bellteroedd cynyddol o ganol y trawst laser oherwydd diffreithiant. Mewn cymwysiadau â phellteroedd gweithredu hir, megis systemau LIDAR, lle gall gwrthrychau fod gannoedd o fetrau o'r system laser, mae dargyfeirio yn dod yn fater arbennig o bwysig. Fel arfer diffinnir dargyfeiriad trawst yn nhermau hanner ongl y laser, a diffinnir dargyfeiriad (θ) trawst Gaussian fel.
λ yw tonfedd y laser a w0 yw gwasg trawst y laser.
Paramedrau System Terfynol
Mae'r paramedrau terfynol hyn yn disgrifio perfformiad y system laser ar allbwn.
11: Maint Sbot (uned nodweddiadol: µm)
Mae maint sbot pelydr laser â ffocws yn disgrifio diamedr y trawst yng nghanol y system lens ffocws. Mewn llawer o gymwysiadau, megis prosesu deunyddiau a llawfeddygaeth feddygol, y nod yw lleihau maint y fan a'r lle. Mae hyn yn cynyddu dwysedd pŵer i'r eithaf ac yn caniatáu creu nodweddion eithriadol o gain (Ffigur 5). Defnyddir lensys asfferig yn aml yn lle lensys sfferig confensiynol i leihau aberiad sfferig a chynhyrchu meintiau ffocws llai. Nid yw rhai mathau o systemau laser yn y pen draw yn canolbwyntio'r laser ar y fan a'r lle, ac os felly nid yw'r paramedr hwn yn berthnasol.
12: Pellter gweithio (uned nodweddiadol: µm i m)
Yn gyffredinol, diffinnir pellter gweithio system laser fel y pellter ffisegol o'r elfen optegol derfynol (lens ffocws fel arfer) i'r gwrthrych neu'r arwyneb y mae'r laser yn canolbwyntio arno. Mae rhai cymwysiadau, megis laserau meddygol, yn aml yn ceisio lleihau'r pellter gweithio, tra bod cymwysiadau eraill, megis synhwyro o bell, yn aml yn anelu at wneud y mwyaf o'u hystod pellter gweithio.
