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

1. Bước sóng (đơn vị: nm đến μm)

Cácbước sóng laserđại diện cho bước sóng của sóng điện từ được truyền đi bởi tia laser. So với các loại ánh sáng khác, một đặc điểm quan trọng củatia laserlà nó đơn sắc, có nghĩa là bước sóng của nó rất tinh khiết và chỉ có một tần số được xác định rõ ràng.

Sự khác biệt giữa các bước sóng laser khác nhau:

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

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

Bước sóng tia laser xanh thường nằm trong khoảng 400nm-500nm (chủ yếu dùng cho phẫu thuật bằng laser);

Tia laser UV có bước sóng từ 350nm-400nm (chủ yếu dùng trong y sinh học);

Laser hồng ngoại là loại laser đặc biệt nhất, xét về phạm vi bước sóng và lĩnh vực ứng dụng, bước sóng laser hồng ngoại thường nằm trong khoảng 700nm-1mm. Dải hồng ngoại có thể được chia thành ba dải phụ: hồng ngoại gần (NIR), hồng ngoại trung bình (MIR) và hồng ngoại xa (FIR). Dải bước sóng hồng ngoại gần nằm trong 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 laserđược sử dụng để mô tả công suất quang đầu ra của laser sóng liên tục (CW) hoặc công suất trung bình của laser xung. Ngoài ra, laser xung 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 xung, và laser có công suất và năng lượng cao hơn thường tạo ra nhiều nhiệt thải hơn.

Hầu hết các chùm tia laser đều có biên dạng chùm tia Gauss, do đó độ rọi và thông lượng đều cao nhất trên trục quang học của laser và giảm dần khi độ lệch khỏi trục quang học tăng lên. Các laser khác có biên dạng chùm tia phẳng, không giống như chùm tia Gauss, có biên dạng độ rọi không đổi trên toàn bộ mặt cắt ngang của chùm tia laser và cường độ giảm nhanh. Do đó, laser phẳng không có độ rọi cực đại. Công suất cực đại của chùm tia Gauss gấp đôi công suất cực đại của chùm tia phẳng có cùng công suất trung bình.

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

Độ dài xung laser (tức là độ rộng xung) là thời gian cần thiết để tia laser đạt được một nửa công suất quang học tối đa (FWHM).

 

4. Tốc độ lặp lại (đơn vị: Hz sang MHz)

Tỷ lệ lặp lại của mộttia laser xung(tức là tốc độ lặp lại xung) mô tả số xung phát ra mỗi giây, tức là nghịch đảo của khoảng cách chuỗi xung theo thời gian. 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 trong nhiều trường hợp, tốc độ lặp lại có thể thay đổi. Tốc độ lặp lại cao hơn dẫn đến thời gian giãn nở nhiệt cho bề mặt và tiêu điểm cuối cùng của thành phần quang học laser ngắn hơn, từ đó làm nóng vật liệu nhanh hơn.

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

Mặc dù chùm tia laser thường được coi là có tính chuẩn trực, nhưng chúng luôn chứa một lượng phân kỳ nhất định, mô tả mức độ chùm tia phân kỳ trên khoảng cách ngày càng tăng từ điểm thắt của chùm tia laser do 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, độ phân kỳ trở thành một vấn đề đặc biệt quan trọng.

6. Kích thước điểm (đơn vị: 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 công suất và cho phép tạo ra các đặc điểm có độ chi tiết đặc biệt. 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 một 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 hội tụ. 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.