المعايير الأساسية لنظام الليزر

المعايير الأساسية لـنظام ليزر

في العديد من مجالات التطبيق، مثل معالجة المواد والجراحة بالليزر والاستشعار عن بعد، ورغم تنوع أنظمة الليزر، إلا أنها تشترك في كثير من الأحيان في بعض المعايير الأساسية. ويمكن أن يساعد وضع نظام موحد لمصطلحات المعايير في تجنب الالتباس في التعبير، وتمكين المستخدمين من اختيار أنظمة الليزر ومكوناتها وتكوينها بدقة أكبر، وبالتالي تلبية احتياجات سيناريوهات محددة.

المعايير الأساسية

الطول الموجي (الوحدات الشائعة: من نانومتر إلى ميكرومتر)

يعكس الطول الموجي خصائص تردد الموجات الضوئية المنبعثة من الليزر في الفضاء. وتختلف متطلبات الأطوال الموجية باختلاف تطبيقات الليزر: ففي معالجة المواد، يتباين معدل امتصاص المواد لأطوال موجية محددة، مما يؤثر على فعالية المعالجة. وفي تطبيقات الاستشعار عن بُعد، تختلف قدرة الغلاف الجوي على امتصاص وتداخل الأطوال الموجية المختلفة. أما في التطبيقات الطبية، فيختلف امتصاص الليزر باختلاف لون البشرة تبعًا للطول الموجي. ونظرًا لصغر حجم البقعة المركزة، فإن الليزر ذو الطول الموجي الأقصر...الأجهزة البصرية الليزريةتتميز هذه التقنية بقدرتها على إنشاء تفاصيل صغيرة ودقيقة، مع توليد حرارة محيطية ضئيلة للغاية. ومع ذلك، بالمقارنة مع الليزر ذي الأطوال الموجية الأطول، فإنها عادةً ما تكون أغلى ثمناً وأكثر عرضة للتلف.

2. القدرة والطاقة (الوحدات الشائعة: واط أو جول)

تُقاس قدرة الليزر عادةً بالواط (W)، وتُستخدم لقياس خرج الليزر المستمر أو متوسط ​​قدرة الليزر النبضي. في الليزر النبضي، تتناسب طاقة النبضة الواحدة طرديًا مع متوسط ​​القدرة وعكسيًا مع تردد التكرار، ووحدة قياسها هي الجول (J). كلما زادت القدرة أو الطاقة، ارتفع سعر الليزر عادةً، وازدادت متطلبات تبديد الحرارة، وزادت صعوبة الحفاظ على جودة شعاع جيدة تبعًا لذلك.

طاقة النبضة = متوسط ​​القدرة / معدل التكرار

3. مدة النبضة (الوحدات الشائعة: من فيمتوثانية إلى مللي ثانية)

تُعرَّف مدة نبضة الليزر، والمعروفة أيضًا باسم عرض النبضة، عمومًا بأنها الوقت الذي تستغرقه النبضة حتىليزرالقدرة اللازمة للارتفاع إلى نصف ذروتها (FWHM) (الشكل 1). عرض نبضة الليزر فائق السرعة قصير للغاية، ويتراوح عادةً من البيكوثانية (10⁻¹² ثانية) إلى الأتوثانية (10⁻¹⁸ ثانية).

4. معدل التكرار (الوحدات الشائعة: هرتز إلى ميجاهرتز)

معدل تكرار أليزر نابضيصف معدل تكرار النبضات (أي تردد تكرار النبضات) عدد النبضات المنبعثة في الثانية الواحدة، وهو مقلوب تباعد النبضات الزمني (الشكل 1). وكما ذُكر سابقًا، يتناسب معدل التكرار عكسيًا مع طاقة النبضة وطرديًا مع متوسط ​​القدرة. وعلى الرغم من أن معدل التكرار يعتمد عادةً على وسط كسب الليزر، إلا أنه في كثير من الحالات قد يختلف. وكلما زاد معدل التكرار، قلّ زمن الاسترخاء الحراري لسطح العنصر البصري لليزر والبقعة المركزة النهائية، مما يسمح للمادة بالتسخين بشكل أسرع.

5. طول التماسك (الوحدات الشائعة: من مم إلى سم)

تتميز أشعة الليزر بالتماسك، أي بوجود علاقة ثابتة بين قيم طور المجال الكهربائي في أوقات أو مواقع مختلفة. ويعود ذلك إلى أن الليزر يُولّد عن طريق الانبعاث المحفز، وهو ما يختلف عن معظم أنواع مصادر الضوء الأخرى. وخلال عملية الانتشار بأكملها، يضعف التماسك تدريجيًا، ويُحدد طول تماسك الليزر المسافة التي يحافظ عندها تماسكُه الزمني على قيمة معينة.

6. الاستقطاب

يُحدد الاستقطاب اتجاه المجال الكهربائي للموجات الضوئية، والذي يكون دائمًا عموديًا على اتجاه انتشارها. في معظم الحالات، تكون أشعة الليزر مستقطبة خطيًا، مما يعني أن المجال الكهربائي المنبعث منها يشير دائمًا إلى الاتجاه نفسه. أما الضوء غير المستقطب فيولد مجالات كهربائية تشير إلى اتجاهات مختلفة. وعادةً ما تُعبّر درجة الاستقطاب عن نسبة القدرة الضوئية لحالتي استقطاب متعامدتين، مثل 100:1 أو 500:1.