Có rất nhiều hệ thống laser đa năng trong các ứng dụng khác nhau như xử lý vật liệu, phẫu thuật laser và viễn thám, nhưng nhiều hệ thống laser có chung các thông số chính. Việc thiết lập các thuật ngữ chung cho các tham số này sẽ ngăn ngừa hiểu nhầm và việc hiểu chúng cho phép hệ thống laser và các bộ phận được xác định chính xác để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng.
Thông số cơ bản
Các thông số cơ bản sau đây là những khái niệm cơ bản nhất của hệ thống laser và cũng rất quan trọng để hiểu được những điểm nâng cao hơn.
1. Bước sóng(Đơn vị điển hình: nm/um)
Bước sóng của tia laser mô tả tần số không gian của sóng ánh sáng phát ra. Các vật liệu khác nhau sẽ có đặc tính hấp thụ phụ thuộc bước sóng duy nhất trong quá trình xử lý vật liệu, dẫn đến các tương tác khác nhau với vật liệu. Tương tự, sự hấp thụ và giao thoa của khí quyển sẽ có những tác động khác nhau lên các bước sóng nhất định trong viễn thám và trong các ứng dụng laser y tế, các phức hợp khác nhau sẽ có sự hấp thụ khác nhau trên các bước sóng nhất định. Laser bước sóng ngắn hơn và quang học laser tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các đặc điểm nhỏ, chính xác với lượng nhiệt ngoại vi tối thiểu vì tiêu điểm nhỏ hơn. Tuy nhiên, chúng thường đắt hơn và dễ bị hư hại hơn so với laser có bước sóng dài hơn.
2. Quyền lực và năng lượng(Đơn vị tiêu biểu: W/J)
Công suất của tia laser được đo bằng watt (W) và được sử dụng để mô tả công suất quang phát ra của laser sóng liên tục (CW) hoặc công suất trung bình của laser xung. Laser xung cũng được đặc trưng bởi năng lượng xung của chúng, tỷ lệ thuận với công suất trung bình và tỷ lệ nghịch với tốc độ lặp lại của laser. Năng lượng được đo bằng joules (J).
Laser năng lượng và công suất cao hơn thường đắt hơn và tạo ra nhiều nhiệt thải hơn. Khi công suất và năng lượng tăng lên, việc duy trì chất lượng chùm tia cao ngày càng trở nên khó khăn.
3. Thời lượng xung(Đơn vị điển hình: fs/ms)
Thời lượng xung laser hoặc độ rộng xung thường được định nghĩa là độ rộng toàn phần nửa đỉnh (FWHM) của công suất và thời gian ánh sáng laser. Laser cực nhanh có nhiều ưu điểm trong nhiều ứng dụng, bao gồm xử lý vật liệu chính xác và laser y tế, đồng thời được đặc trưng bởi thời lượng xung ngắn từ khoảng pico giây (10-12 giây) đến atto giây (10-18 giây).
4. Tỷ lệ lặp lại(Đơn vị tiêu biểu: Hz/MHz)
Tốc độ lặp lại hoặc tốc độ lặp lại xung của xung laser mô tả số lượng xung phát ra mỗi giây hoặc khoảng thời gian xung ngược. Như đã đề cập trước đó, tốc độ lặp lại tỷ lệ nghịch với năng lượng xung và tỷ lệ thuận với công suất trung bình. Mặc dù tốc độ lặp lại thường phụ thuộc vào môi trường khuếch đại laser nhưng nó có thể khác nhau trong nhiều trường hợp. Tốc độ lặp lại cao hơn dẫn đến thời gian phục hồi nhiệt ngắn hơn cho bề mặt và tiêu điểm cuối cùng của quang học laser, dẫn đến làm nóng vật liệu nhanh hơn.
5. Độ dài mạch lạc(Đơn vị điển hình: mm/m)
Laser kết hợp, nghĩa là có một mối quan hệ cố định giữa các giá trị pha của điện trường tại các thời điểm hoặc vị trí khác nhau. Điều này là do không giống như hầu hết các loại nguồn sáng khác, ánh sáng laser được tạo ra bằng sự phát xạ kích thích. Sự kết hợp suy giảm trong suốt quá trình truyền lan và độ dài kết hợp của tia laser xác định khoảng cách mà qua đó độ kết hợp theo thời gian của tia laser duy trì ở một chất lượng nhất định.
6. Phân cực
Sự phân cực xác định hướng của điện trường của sóng ánh sáng, luôn vuông góc với hướng truyền. Trong hầu hết các trường hợp, tia laser sẽ bị phân cực tuyến tính, nghĩa là điện trường phát ra luôn hướng theo cùng một hướng. Ánh sáng không phân cực sẽ có điện trường hướng theo nhiều hướng khác nhau. Độ phân cực thường được biểu thị bằng tỷ lệ cường độ tiêu cự của ánh sáng ở hai trạng thái phân cực trực giao, chẳng hạn như 100:1 hoặc 500:1.
Thông số chùm tia
Các thông số sau mô tả hình dạng và chất lượng của chùm tia laser.
7. Đường kính chùm tia(Đơn vị điển hình: mm/cm)
Đường kính chùm tia laser đặc trưng cho sự mở rộng theo chiều ngang của chùm tia hoặc kích thước vật lý của nó vuông góc với hướng truyền. Nó thường được định nghĩa là chiều rộng 1/e2, được xác định bởi cường độ chùm tia đạt 1/e2 (≈ 13,5%). Tại 1/e2, cường độ trường giảm xuống 1/e (≈ 37%). Đường kính chùm tia càng lớn thì hệ thống quang học và tổng thể cần phải lớn hơn để tránh chùm tia bị cắt bớt, do đó làm tăng chi phí. Tuy nhiên, việc giảm đường kính chùm tia sẽ làm tăng mật độ công suất/năng lượng, điều này cũng có thể gây hại.
8. Mật độ năng lượng hoặc năng lượng(Đơn vị điển hình: W/cm2,MW/cm2 hoặc µJ/cm2,J/cm2)
Đường kính chùm tia liên quan đến mật độ công suất/năng lượng của chùm tia laser hoặc công suất/năng lượng quang trên một đơn vị diện tích. Đường kính chùm tia càng lớn thì mật độ công suất/năng lượng của chùm tia có công suất hoặc năng lượng không đổi càng nhỏ. Ở đầu ra cuối cùng của hệ thống (ví dụ như cắt hoặc hàn laze), mật độ công suất/năng lượng cao thường là lý tưởng, nhưng bên trong hệ thống, nồng độ công suất/năng lượng thấp thường có lợi để ngăn ngừa hư hỏng do tia laze gây ra. Điều này cũng ngăn không cho vùng mật độ năng lượng/công suất cao của chùm tia ion hóa không khí. Vì những lý do này, cùng với những lý do khác, bộ mở rộng chùm tia laser thường được sử dụng để tăng đường kính, do đó làm giảm mật độ công suất/năng lượng bên trong hệ thống laser. Tuy nhiên, phải chú ý không mở rộng chùm tia quá nhiều để chùm tia bị cản trở bởi các lỗ rỗng trong hệ thống, dẫn đến lãng phí năng lượng và có thể gây hư hỏng.
9. Biên dạng dầm
Cấu hình chùm tia laser mô tả sự phân bố cường độ trên mặt cắt ngang của chùm tia. Cấu hình chùm tia phổ biến bao gồm chùm tia Gaussian và chùm tia đỉnh phẳng, có cấu hình chùm tia tương ứng tuân theo hàm Gaussian và hàm đỉnh phẳng. Tuy nhiên, không có tia laser nào có thể tạo ra chùm tia Gaussian hoàn hảo hoặc chùm tia phẳng hoàn hảo có cấu hình chùm tia khớp chính xác với chức năng đặc trưng của nó, bởi vì luôn có một số lượng điểm nóng hoặc dao động nhất định bên trong tia laser. Sự khác biệt giữa cấu hình chùm tia thực tế của laser và cấu hình chùm tia lý tưởng thường được mô tả bằng một thước đo bao gồm hệ số M2 của laser.
10. Sự khác biệt(đơn vị điển hình: mrad)
Mặc dù các chùm tia laser thường được coi là chuẩn trực, nhưng chúng luôn chứa một lượng phân kỳ nhất định, mô tả mức độ phân kỳ của chùm tia trên một khoảng cách ngày càng tăng tính từ thắt lưng của chùm tia laser do nhiễu xạ. Trong các ứng dụng có khoảng cách làm việc dài, chẳng hạn như hệ thống liDAR, nơi các vật thể có thể cách hệ thống laser hàng trăm mét, sự phân kỳ trở thành một vấn đề đặc biệt quan trọng. Độ phân kỳ của chùm tia thường được xác định bằng một nửa Góc của tia laser và độ phân kỳ (θ) của chùm tia Gaussian được định nghĩa là:
θ═λ/πw0
λ là bước sóng của tia laser và w0 là vòng eo của tia laser.
Các tham số cuối cùng này mô tả hiệu suất của hệ thống laser ở đầu ra.
11. Kích thước điểm(Đơn vị điển hình: µm)
Kích thước điểm của chùm tia laser hội tụ mô tả đường kính chùm tia tại tiêu điểm của hệ thống thấu kính hội tụ. Trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như xử lý vật liệu và phẫu thuật y tế, mục tiêu là giảm thiểu kích thước điểm. Điều này tối đa hóa mật độ năng lượng và cho phép tạo ra các tính năng đặc biệt chi tiết. Thấu kính phi cầu thường được sử dụng thay cho thấu kính hình cầu truyền thống để giảm quang sai hình cầu và tạo ra kích thước tiêu điểm nhỏ hơn. Một số loại hệ thống laser không tập trung tia laser vào điểm, trong trường hợp đó thông số này không áp dụng.
12. Khoảng cách làm việc(đơn vị điển hình: µm/m)
Khoảng cách làm việc của hệ thống laser thường được định nghĩa là khoảng cách vật lý từ thành phần quang học cuối cùng (thường là thấu kính hội tụ) đến vật thể hoặc bề mặt mà tia laser tập trung vào. Một số ứng dụng, chẳng hạn như laser y tế, thường tìm cách giảm thiểu khoảng cách làm việc, trong khi các ứng dụng khác, chẳng hạn như viễn thám, thường nhằm mục đích tối đa hóa phạm vi khoảng cách làm việc của chúng.
Công ty TNHH Công nghệ Laser Tây An Guosheng là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên về R&D, sản xuất và kinh doanh máy ốp laser tự động, máy ốp laser tốc độ cao, máy dập tắt laser, máy hàn laser và thiết bị in laser 3D. Sản phẩm của chúng tôi có hiệu quả về chi phí và được bán trong và ngoài nước. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo số bob@gshenglaser.com.