Materiallarni qayta ishlash, lazerli jarrohlik va masofadan zondlash kabi turli xil ilovalarda qo'llaniladigan keng tarqalgan lazer tizimlarining keng doirasi mavjud, ammo ko'plab lazer tizimlari umumiy asosiy parametrlarga ega. Ushbu parametrlar uchun umumiy terminologiyani o'rnatish aloqa xatolarining oldini oladi va ularni tushunish lazer tizimi va komponentlarini dastur talablariga javob berish uchun to'g'ri belgilash imkonini beradi.
1-rasm: Lazer tizimining 10 ta asosiy parametrlarining har biri mos keladigan raqam bilan ifodalangan umumiy lazer materiallarini qayta ishlash tizimining sxematik diagrammasi.
Asosiy parametrlar
Quyidagi asosiy parametrlar lazer tizimlarining eng asosiy tushunchalari bo'lib, yanada rivojlangan fikrlarni tushunish uchun juda muhimdir.
1: To'lqin uzunligi (odatiy birliklar: nm dan um gacha)
Lazerning to'lqin uzunligi chiqarilgan yorug'lik to'lqinining fazoviy chastotasini tavsiflaydi. Berilgan foydalanish holati uchun optimal to'lqin uzunligi juda ko'p dasturga 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 va aniq xususiyatlarni yaratish uchun foydalidir, chunki fokus nuqtasi kichikroq. Biroq, ular odatda uzunroq to'lqin uzunlikdagi lazerlarga qaraganda qimmatroq va shikastlanishga ko'proq moyil.
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 puls energiyasi bilan ham tavsiflanadi (2-rasm). Energiya Joul (J) da 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 hosil qiladi. Quvvat va energiya ortib borishi bilan yuqori nur sifatini saqlab qolish ham qiyinlashadi.
3: Puls davomiyligi (Odat birliklar: fs dan milodiygacha)
Lazer zarbasining davomiyligi yoki puls kengligi odatda lazer optik quvvatining vaqtga nisbatan yarim maksimal (FWHM) to'liq kengligi sifatida aniqlanadi (3-rasm). Ultrafast lazerlar nozik materiallarni qayta ishlash va tibbiy lazerlarni o'z ichiga olgan bir qator ilovalarda ko'plab afzalliklarni taqdim etadi. Ular pikosekundlar (10-12 sekund) dan attosekundlarga (10-18 va undan kam) qisqa puls davomiyligi bilan tavsiflanadi.
P(W)
1/takrorlanish darajasi
Jamoat hisobini xarid qilish vaqt(lar)i
3-rasm: Impulsli lazerning impulslari takrorlanish tezligiga teskari vaqt bilan ajratiladi
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 kuchayishi muhitiga bog'liq bo'lsa-da, u ko'p hollarda farq qilishi mumkin. Yuqori takrorlash stavkalari lazer optikasi yuzasida va yakuniy fokusda termal gevşeme vaqtlarining qisqarishiga olib keladi, bu esa materialning tezroq isishiga olib keladi.
5: Kogerentlik uzunligi (odatiy birliklar: millimetrdan metrgacha)
Lazer kogerentdir, ya'ni turli vaqtlarda yoki joylarda elektr toklari kogerentdir. Maydon fazasi qiymatlari o'rtasida qat'iy bog'liqlik mavjud. Buning sababi shundaki, lazerlar, boshqa turdagi yorug'lik manbalaridan farqli o'laroq, stimulyatsiya qilingan emissiya orqali ishlab chiqariladi. Kogerentlik uzunligi lazer nurining vaqtinchalik kogerentligi butun lazer nurining tarqalishi davomida doimiy bo'lib qoladigan masofani belgilaydi, bu jarayon davomida buzilishsiz.
6: Polarizatsiya
Polarizatsiya yorug'lik to'lqinining elektr maydonining yo'nalishini belgilaydi, "u har doim tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar bo'ladi. Aksariyat hollarda lazer nurlari chiziqli polarizatsiya qilinadi, ya'ni chiqarilgan elektr maydoni har doim bir xil yo'nalishga ishora qiladi. Polarizatsiyalanmagan yorug'lik. qutblanish darajasi odatda 100:1 yoki 500:1 kabi ikkita ortogonal qutblanish holatining optik kuchi nisbati sifatida ifodalanadi.
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 hajmini tavsiflaydi. Odatda 1/e2 kengligi sifatida aniqlanadi, ya'ni 1/e2 (=13,5%) gacha bo'lgan nur intensivligining kengligi. 1/e2 nuqtasida elektr maydonining intensivligi 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 (Odat birliklar: Vt/sm2 dan MWicm2 yoki uJ/sm2 dan J/sm2 gacha)
Nurning diametri lazer nurining quvvat/energiya zichligiga bog'liq. Energiya zichligi yoki maydon birligi uchun optik quvvat/energiya miqdori. Nur diametri qanchalik katta bo'lsa, doimiy quvvat yoki energiya uchun nurning quvvat/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 kam quvvat/energiya kontsentratsiyasi ko'pincha lazerdan kelib chiqadigan shikastlanishning oldini olish uchun tizim ichida foydalidir. Bu, shuningdek, nurning yuqori quvvat/energiya zichligi joylarini havoni ionlashiga to'sqinlik qiladi. Shu sabablarga ko'ra, boshqalar qatori, lazer nurlari kengaytirgichlari ko'pincha diametrini oshirish va shu bilan lazer tizimi ichidagi quvvat/energiya zichligini kamaytirish uchun ishlatiladi. Shu bilan birga, nurni juda ko'p kengaytirmaslik uchun ehtiyot bo'lish kerak, shunda u tizimdagi teshiklardan to'sib qo'yiladi, natijada energiya sarflanadi va potentsial shikastlanadi.
9: Nur profili
Lazerning nurlanish profili nurning kesimida taqsimlangan intensivlikni tavsiflaydi. Umumiy nurli profillarga Gauss nurlari va tekis ustki nurlar kiradi, ularning nur profillari mos ravishda Gauss funktsiyasi va tekis tepa funksiyasiga amal qiladi (4-rasm). Biroq, hech qanday lazer o'zining xarakterli funktsiyasiga to'liq mos keladigan nur profiliga ega bo'lgan to'liq Gauss yoki butunlay tekis ustki nurni ishlab chiqara olmaydi, chunki lazer ichida har doim ma'lum miqdorda issiq nuqta yoki tebranishlar mavjud. Lazerning haqiqiy nurlanish profili va ideal nur profili o'rtasidagi farq ko'pincha lazerning M2 faktorini o'z ichiga olgan ko'rsatkichlar bilan tavsiflanadi.
Gauss va tekis yuqori nurli profillar
4-rasm: Gauss nurlarining o'rtacha quvvati yoki intensivligi teng bo'lgan tekis ustki nurning nur profillarini taqqoslash shuni ko'rsatadiki, Gauss nurining eng yuqori intensivligi tekis ustki nurdan ikki baravar ko'pdir.
10: Divergentsiya (odatiy birliklar: mrad)
Lazer nurlari ko'pincha 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 uzoqda bo'lishi mumkin bo'lgan LiDAR tizimlari kabi uzoq masofali dasturlarda divergensiya ayniqsa muhim masalaga aylanadi. Nurning divergensiyasi odatda lazerning yarim burchagi bilan belgilanadi va Gauss nurining (0) divergensiyasi quyidagicha aniqlanadi:
W - lazerning to'lqin uzunligi va w0 - lazer nurining beli.
Yakuniy tizim parametrlari
Ushbu yakuniy parametrlar chiqishda lazer tizimining ishlashini tavsiflaydi
11: Spot hajmi (odatiy birliklar: um)
Fokuslangan lazer nurining nuqta o'lchami fokuslash linzalari tizimining fokusidagi nur diametrini tavsiflaydi. Materiallarni qayta ishlash va tibbiy jarrohlik kabi ko'plab ilovalarda maqsad nuqta o'lchamini minimallashtirishdir. Bu quvvat zichligini maksimal darajada oshiradi va ayniqsa nozik xususiyatlarni yaratishga imkon beradi (5-rasm). Asferik linzalar ko'pincha an'anaviy sferik linzalar o'rniga sferik aberatsiyalarni kamaytirish va kichikroq fokusli nuqta o'lchamlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ba'zi turdagi lazer tizimlari oxir-oqibatda lazerni nuqtaga qaratmaydi, bu holda bu parametr qo'llanilmaydi.
5-rasm: Italiya Texnologiya Institutida lazerli mikro ishlov berish tajribalari doimiy oqim tezligida nuqta o‘lchami 220 um dan 9 um gacha kamaytirilganda nanosoniyali lazerli burg‘ulash tizimida ablasyon samaradorligining 10- barobar oshishini ko‘rsatadi.
12: Ishlash masofasi (odatiy birliklar: m 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, boshqalari, masalan, masofadan zondlash, odatda, ish masofasi oralig'ini maksimal darajada oshirishga intiladi.
