Dalam pelbagai aplikasi seperti pemprosesan bahan, pembedahan laser, penderiaan jauh, dan terutamanyapenandaan laser, terdapat pelbagai sistem laser biasa. Kebanyakan sistem laser ini berkongsi parameter utama. Mewujudkan istilah universal untuk parameter ini boleh mengelakkan salah nyata, dan dengan memahami istilah ini, anda boleh menentukan sistem dan komponen laser dengan betul untuk memenuhi keperluan aplikasi anda.
Rajah 1: Gambarajah skematik sistem pemprosesan bahan laser biasa, di mana 10 parameter utama sistem laser diwakili oleh nombor yang sepadan
NO.1 Panjang gelombang: Panjang gelombang laser ialah parameter asas yang menerangkan frekuensi spatial gelombang cahaya yang dipancarkan. Laser dengan panjang gelombang yang berbeza memainkan peranan dalam aplikasi yang berbeza. Dalam pemprosesan bahan, bahan yang berbeza mempunyai ciri penyerapan yang berbeza untuk panjang gelombang yang berbeza, jadi interaksi dengan bahan juga berbeza. Laser panjang gelombang yang lebih pendek dan optik laser mempunyai kelebihan dalam mencipta ciri yang kecil dan tepat, dengan kurang pemanasan persisian. Walau bagaimanapun, peranti ini biasanya lebih mahal dan lebih rapuh berbanding dengan laser dengan panjang gelombang yang lebih panjang.
NO.2 Kuasa: Kuasa laser biasanya diukur dalam watt (W), digunakan untuk menerangkan output kuasa optik bagi laser gelombang berterusan (CW), atau kuasa purata laser berdenyut. Ciri laser berdenyut ialah tenaga nadinya berkadar terus dengan kuasa purata dan berkadar songsang dengan kadar ulangan. Unit tenaga ialah joule (J). Oleh itu, tenaga nadi boleh dikira dengan membahagikan kuasa purata dengan kadar ulangan.
Rajah 2: perwakilan visual hubungan antara tenaga nadi, kadar pengulangan, dan kuasa purata laser berdenyut kuasa tinggi dan laser tenaga secara amnya lebih mahal dan menjana lebih banyak haba buangan. Apabila kuasa dan tenaga meningkat, ia menjadi semakin sukar untuk mengekalkan kualiti pancaran tinggi.
NO.3 Tempoh Nadi:Tempoh nadi atau lebar nadi laser biasanya ditakrifkan sebagai masa yang diperlukan untuk laser mencapai separuh (FWHM) kuasa optik maksimumnya. Laser ultrafast dicirikan oleh tempoh nadi yang pendek, antara picosaat (10-12 saat) hingga attosaat (10-18 saat).
Rajah 3: Selang Nadi bagi laser berdenyut ialah salingan kadar ulangan
NO.4 Kadar Ulangan:Kadar pengulangan laser berdenyut menerangkan bilangan denyutan yang dipancarkan sesaat, yang merupakan timbal balik selang masa antara denyutan. Bertentangan dengan apa yang dinyatakan sebelum ini, kadar pengulangan adalah berkadar songsang dengan tenaga nadi dan berkadar terus dengan kuasa purata. Kadar pengulangan yang lebih tinggi bermakna masa kelonggaran terma permukaan unsur optik laser dan titik fokus akhir adalah lebih pendek, jadi kadar pemanasan bahan lebih cepat.
NO.5 Panjang Kesepaduan:Laser mempunyai koheren, yang bermaksud bahawa terdapat hubungan tetap antara nilai fasa medan elektrik pada masa atau kedudukan yang berbeza. Ciri ini berpunca daripada fakta bahawa laser dihasilkan oleh pelepasan yang dirangsang, yang berbeza daripada kebanyakan jenis sumber cahaya lain. Walaupun koheren laser akan beransur-ansur lemah semasa perambatan, panjang koheren laser mentakrifkan jarak di mana koheren masanya kekal pada tahap tertentu.
NO.6 Polarisasi:Polarisasi mentakrifkan arah medan elektrik gelombang cahaya, yang sentiasa berserenjang dengan arah perambatan. Dalam kebanyakan kes, laser terpolarisasi secara linear, iaitu, medan elektrik yang dipancarkan sentiasa menghala ke arah yang sama. Sebaliknya, cahaya tidak terkutub akan menghasilkan medan elektrik yang menunjuk ke pelbagai arah. Polarisasi biasanya dinyatakan sebagai nisbah kuasa cahaya antara dua keadaan polarisasi ortogon, seperti 100:1 atau 500:1.
NO.7 Diameter Rasuk: Diameter rasuk laser menerangkan lanjutan sisi rasuk, iaitu saiz fizikal berserenjang dengan arah penyebaran. Biasanya, diameter rasuk ditakrifkan pada lebar 1/e², iaitu titik di mana keamatan rasuk mencapai 1/e² (kira-kira 13.5%) daripada nilai maksimum. Pada ketika ini, kekuatan medan elektrik menurun kepada 1/e (kira-kira 37%) daripada nilai maksimum. Lebih besar diameter rasuk, lebih besar komponen optik dan keseluruhan sistem yang diperlukan untuk mengelakkan pemotongan rasuk, mengakibatkan peningkatan kos. Walau bagaimanapun, mengurangkan diameter rasuk akan meningkatkan ketumpatan kuasa/tenaga, yang juga akan membawa kesan buruk.
NO.8 Kuasa atau Ketumpatan Tenaga: Kuasa atau ketumpatan tenaga merujuk kepada kuasa rasuk atau tenaga per unit luas. Diameter rasuk berkait rapat dengan ketumpatan kuasa/tenaga. Apabila kuasa atau tenaga rasuk kekal malar, lebih besar diameter rasuk, lebih kecil ketumpatan kuasa/tenaga. Secara umum, laser dengan ketumpatan kuasa/tenaga tinggi adalah keluaran akhir sistem yang ideal, seperti dalam aplikasi pemotongan laser atau kimpalan laser. Walau bagaimanapun, laser dengan ketumpatan kuasa/tenaga rendah bermanfaat kepada sistem secara dalaman, boleh mengurangkan kerosakan yang disebabkan oleh laser, dan menghalang kawasan kuasa tinggi/ketumpatan tenaga tinggi rasuk daripada mengion udara.
Profil Rasuk NO.9: Profil rasuk menerangkan keamatan taburan rasuk pada keratan rentas. Profil rasuk biasa termasuk rasuk Gaussian dan rasuk atas rata, dan profil rasuknya mengikut fungsi Gaussian dan atas rata. Walau bagaimanapun, kerana sentiasa terdapat sebilangan titik panas atau ayunan di dalam laser, tiada laser boleh menghasilkan pancaran Gaussian yang sempurna atau pancaran atas rata yang sempurna yang sepadan dengan profil pancaran ideal. Perbezaan antara profil pancaran sebenar laser dan profil pancaran ideal biasanya diterangkan oleh penunjuk pengukuran berbilang (termasuk faktor M² laser).
NO.10 Divergence:Walaupun orang biasanya berfikir bahawa pancaran laser adalah cahaya yang digabungkan, sebenarnya, pancaran laser akan sentiasa mempunyai tahap perbezaan tertentu. Divergence menerangkan tahap resapan rasuk berbanding dengan pinggang rasuk selepas perambatan jarak jauh akibat pembelauan. Dalam aplikasi dengan jarak kerja yang panjang, seperti sistem radar laser, di mana sasaran dan sistem laser mungkin berjarak ratusan meter, perbezaan menjadi isu yang sangat penting. Perbezaan rasuk biasanya ditakrifkan oleh separuh sudut laser, dan sudut perbezaan (θ) rasuk Gaussian ditakrifkan sebagai λ ialah panjang gelombang laser, dan w0 ialah pinggang sinar laser.
NO.11 Saiz Bintik: Saiz titik menerangkan diameter titik pancaran laser fokus, terletak pada fokus sistem kanta fokus. Dalam banyak aplikasi, seperti pemprosesan bahan dan pembedahan perubatan, matlamat kami adalah untuk meminimumkan saiz tempat. Ini boleh memaksimumkan ketumpatan kuasa dan mencipta ciri yang sangat baik. Kanta asfera sering digunakan untuk menggantikan kanta sfera tradisional untuk mengurangkan penyimpangan sfera dan mengurangkan saiz tempat. Dalam sesetengah jenis sistem laser, laser akhirnya tidak akan memfokuskan laser ke tempat, jadi dalam kes ini, parameter ini tidak terpakai.
Rajah 5: Eksperimen pemesinan mikro laser di Institut Teknologi Itali menunjukkan bahawa kecekapan ablasi sistem penggerudian laser nanosaat meningkat sepuluh kali ganda apabila saiz titik dikurangkan daripada 220 mikron kepada 9 mikron pada fluks malar.
