المعلمات الأساسية لنظام الليزر

المعلمات الأساسية لنظام الليزر

في العديد من مجالات التطبيقات، مثل معالجة المواد، وجراحة الليزر، والاستشعار عن بُعد، ورغم وجود أنواع عديدة من أنظمة الليزر، إلا أنها غالبًا ما تشترك في بعض المعايير الأساسية. ويُسهم إنشاء نظام مصطلحات موحد للمعايير في تجنب الالتباس في التعبير، وتمكين المستخدمين من اختيار وتكوين أنظمة ومكونات الليزر بدقة أكبر، مما يُلبي احتياجات سيناريوهات مُحددة.

المعلمات الأساسية

الطول الموجي (الوحدات الشائعة: نانومتر إلى ميكرومتر)

يعكس الطول الموجي خصائص تردد موجات الضوء المنبعثة من الليزر في الفضاء. تختلف متطلبات الأطوال الموجية باختلاف سيناريوهات التطبيق: ففي معالجة المواد، يختلف معدل امتصاص المواد لأطوال موجية محددة، مما يؤثر على فعالية المعالجة. وفي تطبيقات الاستشعار عن بُعد، تختلف معدلات امتصاص وتداخل الأطوال الموجية المختلفة مع الغلاف الجوي. وفي التطبيقات الطبية، يختلف امتصاص الليزر لدى الأشخاص ذوي ألوان البشرة المختلفة تبعًا لطول الموجة. ونظرًا لصغر حجم البقعة المُركزة، فإن الليزرات ذات الطول الموجي الأقصر...أجهزة بصرية بالليزرتتميز هذه الأجهزة بميزة إنشاء تفاصيل دقيقة وصغيرة، مما يُنتج حرارة محيطية قليلة جدًا. ومع ذلك، بالمقارنة مع الليزر ذي الأطوال الموجية الأطول، فإنها عادةً ما تكون أغلى ثمنًا وأكثر عرضة للتلف.

2. القدرة والطاقة (الوحدات الشائعة: W أو J)

تُقاس طاقة الليزر عادةً بالواط (W)، وتُستخدم لقياس خرج الليزرات المستمرة أو متوسط ​​قدرة الليزرات النبضية. في الليزرات النبضية، تتناسب طاقة النبضة الواحدة طرديًا مع متوسط ​​القدرة وعكسيًا مع تردد التكرار، ووحدة القياس هي الجول (J). كلما زادت القدرة أو الطاقة، زادت تكلفة الليزر، وزادت متطلبات تبديد الحرارة، وبالتالي تزداد صعوبة الحفاظ على جودة شعاع الليزر.

طاقة النبض = متوسط ​​معدل تكرار الطاقة طاقة النبض = متوسط ​​معدل تكرار الطاقة

3. مدة النبضة (الوحدات الشائعة: fs إلى ms)

يتم تعريف مدة نبضة الليزر، والمعروفة أيضًا باسم عرض النبضة، بشكل عام على أنها الوقت الذي تستغرقهالليزرالقدرة على الارتفاع إلى نصف ذروتها (FWHM) (الشكل 1). عرض نبضة الليزر فائق السرعة قصير للغاية، ويتراوح عادةً بين بيكو ثانية (10⁻¹² ثانية) وأتوثانية (10⁻¹⁸ ثانية).

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

معدل التكرار لـليزر نبضييصف تردد تكرار النبضة (أي تردد تكرار النبضة) عدد النبضات المنبعثة في الثانية، أي مقلوب تباعد نبضات التوقيت (الشكل 1). وكما ذُكر سابقًا، يتناسب معدل التكرار عكسيًا مع طاقة النبضة وطرديًا مع متوسط ​​القدرة. ورغم أن معدل التكرار يعتمد عادةً على وسيط كسب الليزر، إلا أنه قد يختلف في كثير من الحالات. فكلما ارتفع معدل التكرار، قلّ زمن الاسترخاء الحراري لسطح العنصر البصري لليزر ونقطة التركيز النهائية، مما يُمكّن المادة من التسخين بشكل أسرع.

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

تتميز أشعة الليزر بتماسكها، أي وجود علاقة ثابتة بين قيم طور المجال الكهربائي في أوقات أو مواقع مختلفة. ويرجع ذلك إلى أن الليزر يُولّد بالانبعاث المُحفَّز، وهو ما يختلف عن معظم أنواع مصادر الضوء الأخرى. وخلال عملية الانتشار بأكملها، يضعف التماسك تدريجيًا، ويُحدد طول تماسك الليزر المسافة التي يحافظ عندها على كتلة معينة من تماسكه الزمني.

6. الاستقطاب

يُعرّف الاستقطاب اتجاه المجال الكهربائي لموجات الضوء، والذي يكون دائمًا عموديًا على اتجاه انتشارها. في معظم الحالات، تكون أشعة الليزر مستقطبة خطيًا، أي أن المجال الكهربائي المنبعث يشير دائمًا إلى نفس الاتجاه. أما الضوء غير المستقطب، فيُولّد مجالات كهربائية تشير إلى اتجاهات مختلفة. عادةً ما تُعبّر درجة الاستقطاب عن نسبة القدرة الضوئية لحالتي استقطاب متعامدتين، مثل 100:1 أو 500:1.