Длина волны, мощность и энергия, частота повторения, длина когерентности и т. д., лазерная терминология.

Длина волны (общие единицы: от нм до мкм):

Длина волны лазера описывает пространственную частоту излучаемой световой волны. Оптимальная длина волны для конкретного случая использования во многом зависит от приложения. Во время обработки материалов разные материалы будут иметь уникальные характеристики поглощения длины волны, что приводит к разным взаимодействиям с материалами. Аналогично, атмосферное поглощение и интерференция могут по-разному влиять на определенные длины волн при дистанционном зондировании, а в медицинских лазерах разные цвета кожи будут по-разному поглощать определенные длины волн. Лазеры с более короткой длиной волны и лазерная оптика имеют преимущества в создании небольших, точных элементов, которые генерируют минимальный периферийный нагрев благодаря меньшим сфокусированным пятнам. Однако они, как правило, дороже и более подвержены повреждениям, чем длинноволновые лазеры.

Мощность и энергия (общие единицы: Вт или Дж):

Мощность лазера измеряется в ваттах (Вт) и используется для описания выходной оптической мощности лазера непрерывного действия (CW) или средней мощности импульсного лазера. Кроме того, особенностью импульсного лазера является то, что его энергия в импульсе прямо пропорциональна средней мощности и обратно пропорциональна частоте следования импульсов. Единица энергии – Джоуль (Дж).

Энергия импульса = средняя частота повторения мощности. Энергия импульса = средняя частота повторения мощности.

Лазеры с более высокой мощностью и энергией, как правило, дороже и выделяют больше тепла. По мере увеличения мощности и энергии поддерживать высокое качество луча становится все труднее.

Длительность импульса (общие единицы: от фс до мс):

Длительность лазерного импульса или (то есть ширина импульса) обычно определяется как время, необходимое лазеру для достижения половины максимальной оптической мощности (FWHM). Сверхбыстрые лазеры характеризуются малой длительностью импульсов: от пикосекунд (10–12 секунд) до аттосекунд (10–18 секунд).

Частота повторения (общие единицы измерения: от Гц до МГц):

Частота повторения импульсного лазера или частота повторения импульсов описывает количество импульсов, излучаемых в секунду, что является обратной величиной интервала между последовательными импульсами. Как упоминалось ранее, частота повторения обратно пропорциональна энергии импульса и прямо пропорциональна средней мощности. Хотя частота повторения обычно зависит от усиливающей среды лазера, во многих случаях частота повторения может варьироваться. Чем выше частота повторения, тем короче время тепловой релаксации на поверхности лазерной оптики и конечном пятне фокусировки, что позволяет материалу быстрее нагреваться.

Длина когерентности (общие единицы: от мм до см):

Лазеры когерентны, что означает, что существует фиксированная связь между значениями фаз электрического поля в разное время и в разных местах. Это связано с тем, что лазерный свет создается путем вынужденного излучения, в отличие от большинства других типов источников света. Когерентность постепенно ослабевает по мере распространения, а длина когерентности лазера определяет расстояние, на котором его временная когерентность сохраняет определенное качество.

Поляризация:

Поляризация определяет направление электрического поля световой волны, которое всегда перпендикулярно направлению распространения. В большинстве случаев лазерный свет линейно поляризован, а это означает, что излучаемое электрическое поле всегда направлено в одном и том же направлении. Неполяризованный свет создает электрические поля, направленные в разных направлениях. Степень поляризации обычно выражают как отношение оптической силы двух ортогональных состояний поляризации, например 100:1 или 500:1.

Диаметр луча (общие единицы измерения: от мм до см):

Диаметр луча лазера представляет собой поперечное расширение луча или физический размер, перпендикулярный направлению распространения. Обычно ее определяют при ширине 1/e2, то есть точке, в которой интенсивность пучка достигает 1/e2 (≈ 13,5%) от своего максимального значения. В точке 1/e2 напряженность электрического поля падает до 1/e (≈ 37%) от максимального значения. Чем больше диаметр луча, тем больше требуется оптика и система в целом, чтобы избежать ограничения луча, что приводит к увеличению стоимости. Однако уменьшение диаметра луча увеличивает плотность мощности/энергии, что также может иметь пагубные последствия.

Плотность мощности или энергии (общие единицы измерения: от Вт/см2 до МВт/см2 или от мкДж/см2 до Дж/см2):

Диаметр луча связан с плотностью мощности/энергии лазерного луча (то есть оптической мощностью/энергией на единицу площади). Когда мощность или энергия луча постоянна, чем больше диаметр луча, тем меньше плотность мощности/энергии. Лазеры с высокой мощностью/плотностью энергии обычно являются идеальным конечным результатом работы системы (например, при лазерной резке или лазерной сварке), но низкая плотность мощности/энергии лазера часто полезна внутри системы, предотвращая вызванные лазером повреждения. Это также предотвращает ионизацию воздуха в областях высокой мощности/высокой плотности энергии луча. По этим причинам расширители луча часто используются для увеличения диаметра, тем самым уменьшая плотность мощности/энергии внутри лазерной системы. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы не расширить луч настолько, чтобы он не попал в апертуру системы, что приведет к потере энергии и возможному повреждению.