Các thông số đặc trưng hiệu suất quan trọng của hệ thống laser

1. Bước sóng (đơn vị: nm đến μm)

Cáibước sóng laserký hiệu này biểu thị bước sóng của sóng điện từ do tia laser phát ra. So với các loại ánh sáng khác, một đặc điểm quan trọng củatia laserĐó là vì nó đơn sắc, có nghĩa là bước sóng của nó rất tinh khiết và chỉ có một tần số xác định rõ ràng.

Sự khác biệt giữa các bước sóng laser khác nhau:

Bước sóng của laser đỏ thường nằm trong khoảng 630nm-680nm, ánh sáng phát ra có màu đỏ, và đây cũng là loại laser phổ biến nhất (chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực chiếu sáng y tế, v.v.);

Bước sóng của laser xanh lá cây thường vào khoảng 532nm (chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực đo khoảng cách bằng laser, v.v.);

Bước sóng laser xanh lam thường nằm trong khoảng 400nm-500nm (chủ yếu được sử dụng trong phẫu thuật laser);

Tia laser UV trong khoảng 350nm-400nm (chủ yếu được sử dụng trong y sinh học);

Laser hồng ngoại là loại đặc biệt nhất, xét theo dải bước sóng và lĩnh vực ứng dụng, bước sóng của laser hồng ngoại thường nằm trong khoảng 700nm-1mm. Dải hồng ngoại có thể được chia nhỏ hơn nữa thành ba dải phụ: hồng ngoại gần (NIR), hồng ngoại trung bình (MIR) và hồng ngoại xa (FIR). Dải bước sóng hồng ngoại gần khoảng 750nm-1400nm, được sử dụng rộng rãi trong truyền thông cáp quang, hình ảnh y sinh và thiết bị nhìn đêm hồng ngoại.

2. Công suất và năng lượng (đơn vị: W hoặc J)

Công suất laserCông suất này được sử dụng để mô tả công suất quang học đầu ra của laser sóng liên tục (CW) hoặc công suất trung bình của laser xung. Ngoài ra, laser xung có đặc điểm là năng lượng xung tỷ lệ thuận với công suất trung bình và tỷ lệ nghịch với tần số lặp lại của xung, và laser có công suất và năng lượng cao hơn thường tạo ra nhiều nhiệt thải hơn.

Hầu hết các chùm tia laser có dạng chùm tia Gaussian, do đó cường độ chiếu xạ và thông lượng đều đạt mức cao nhất trên trục quang học của laser và giảm dần khi độ lệch so với trục quang học tăng lên. Một số laser khác có dạng chùm tia đỉnh phẳng, khác với chùm tia Gaussian, có cường độ chiếu xạ không đổi trên toàn bộ mặt cắt ngang của chùm tia laser và cường độ giảm nhanh. Do đó, laser đỉnh phẳng không có cường độ chiếu xạ cực đại. Công suất cực đại của chùm tia Gaussian gấp đôi công suất cực đại của chùm tia đỉnh phẳng có cùng công suất trung bình.

3. Thời lượng xung (đơn vị: fs đến ms)

Thời lượng xung laser (tức là độ rộng xung) là khoảng thời gian cần thiết để laser đạt đến một nửa công suất quang học tối đa (FWHM).

 

4. Tần số lặp lại (đơn vị: Hz đến MHz)

Tần số lặp lại của mộtlaser xung(Tần số lặp lại xung) mô tả số lượng xung phát ra mỗi giây, tức là nghịch đảo của khoảng cách giữa các xung trong chuỗi thời gian. Tần số lặp lại tỷ lệ nghịch với năng lượng xung và tỷ lệ thuận với công suất trung bình. Mặc dù tần số lặp lại thường phụ thuộc vào môi trường khuếch đại laser, nhưng trong nhiều trường hợp, tần số lặp lại có thể được thay đổi. Tần số lặp lại cao hơn dẫn đến thời gian thư giãn nhiệt ngắn hơn cho bề mặt và tiêu điểm cuối cùng của phần tử quang học laser, từ đó dẫn đến sự gia nhiệt vật liệu nhanh hơn.

5. Độ phân kỳ (đơn vị điển hình: mrad)

Mặc dù người ta thường cho rằng chùm tia laser có tính hội tụ, nhưng chúng luôn chứa một lượng phân kỳ nhất định, mô tả mức độ phân kỳ của chùm tia khi khoảng cách từ điểm hội tụ tăng lên do hiện tượng nhiễu xạ. Trong các ứng dụng có khoảng cách làm việc xa, 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.

6. Kích thước điểm (đơn vị: μm)

Kích thước điểm hội tụ của chùm tia laser mô tả đường kính chùm tia tại tiêu điểm của hệ thống thấu kính hội tụ. Trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như gia công vật liệu và phẫu thuật y tế, mục tiêu là giảm thiểu kích thước điểm hội tụ. Điều này giúp tối đa hóa mật độ công suất và cho phép tạo ra các chi tiết có độ mịn đặc biệt cao. Thấu kính phi cầu thường được sử dụng thay cho thấu kính cầu truyền thống để giảm quang sai cầu và tạo ra kích thước điểm hội tụ nhỏ hơn.

7. Khoảng cách làm việc (đơn vị: μm đến m)

Khoảng cách hoạt động 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 laser tập trung vào. Một số ứng dụng, chẳng hạn như laser y tế, thường tìm cách giảm thiểu khoảng cách hoạt động, trong khi những ứng dụng khác, chẳng hạn như cảm biến từ xa, thường hướng đến việc tối đa hóa phạm vi khoảng cách hoạt động của chúng.