معلمات مهمة لتوصيف أداء نظام الليزر

1. الطول الموجي (الوحدة: نانومتر إلى ميكرومتر)

الطول موجة الليزريمثل طول موجة الموجة الكهرومغناطيسية التي يحملها الليزر. بالمقارنة مع أنواع الضوء الأخرى، تُعد ميزة مهمة لـالليزرهو أنه أحادي اللون، مما يعني أن طوله الموجي نقي جدًا وله تردد واحد محدد جيدًا.

الفرق بين الأطوال الموجية المختلفة لليزر:

يبلغ طول موجة الليزر الأحمر عمومًا ما بين 630 نانومتر - 680 نانومتر، والضوء المنبعث أحمر، وهو أيضًا الليزر الأكثر شيوعًا (يستخدم بشكل أساسي في مجال ضوء التغذية الطبية، وما إلى ذلك)؛

يبلغ طول موجة الليزر الأخضر عمومًا حوالي 532 نانومتر، (يستخدم بشكل أساسي في مجال تحديد المدى بالليزر، وما إلى ذلك)؛

يبلغ طول موجة الليزر الأزرق عمومًا ما بين 400 نانومتر إلى 500 نانومتر (يستخدم بشكل أساسي في جراحة الليزر)؛

ليزر الأشعة فوق البنفسجية بين 350 نانومتر - 400 نانومتر (يستخدم بشكل أساسي في الطب الحيوي)؛

يُعدّ ليزر الأشعة تحت الحمراء الأكثر تميزًا، حيث يتراوح طوله الموجي بين 700 نانومتر و1 مم، وذلك وفقًا لنطاق أطواله الموجية ومجالات تطبيقه. ويمكن تقسيم نطاق الأشعة تحت الحمراء إلى ثلاثة نطاقات فرعية: الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، والأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIR)، والأشعة تحت الحمراء البعيدة (FIR). يتراوح نطاق أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء القريبة بين 750 نانومتر و1400 نانومتر، ويُستخدم على نطاق واسع في اتصالات الألياف الضوئية، والتصوير الطبي الحيوي، وأجهزة الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء.

2. القدرة والطاقة (الوحدة: وات أو جول)

قوة الليزريُستخدم لوصف القدرة الضوئية المُخرَجة لليزر الموجة المستمرة (CW)، أو متوسط ​​قدرة الليزر النبضي. بالإضافة إلى ذلك، تتميز الليزرات النبضية بأن طاقة نبضاتها تتناسب طرديًا مع متوسط ​​قدرتها، وتتناسب عكسيًا مع معدل تكرارها، وعادةً ما تُنتج الليزرات ذات القدرة والطاقة الأعلى حرارةً مهدرةً أكبر.

تتميز معظم أشعة الليزر بنمط شعاع غاوسي، ما يعني أن الإشعاع والتدفق يكونان في أعلى مستوياتهما على المحور البصري لليزر، وينخفضان بازدياد الانحراف عن المحور البصري. أما أنواع الليزر الأخرى، فتتميز بأنماط شعاع مسطحة، والتي، على عكس أشعة غاوس، تتميز بنمط إشعاع ثابت عبر المقطع العرضي لشعاع الليزر، مع انخفاض سريع في شدته. لذلك، لا تتميز أشعة الليزر المسطحة بذروة إشعاعية. تبلغ ذروة طاقة الشعاع الغاوسي ضعف طاقة الشعاع المسطح ذي القدرة المتوسطة نفسها.

3. مدة النبضة (الوحدة: fs إلى ms)

مدة نبضة الليزر (أي عرض النبضة) هو الوقت الذي يستغرقه الليزر للوصول إلى نصف الحد الأقصى للقدرة البصرية (FWHM).

 

4. معدل التكرار (الوحدة: هرتز إلى ميجاهرتز)

معدل تكرارليزر نبضييصف معدل تكرار النبضة (أي معدل تكرار النبضة) عدد النبضات المنبعثة في الثانية، أي مقلوب تباعد نبضات التسلسل الزمني. يتناسب معدل التكرار عكسيًا مع طاقة النبضة ومع متوسط ​​القدرة. على الرغم من أن معدل التكرار يعتمد عادةً على وسيط كسب الليزر، إلا أنه في كثير من الحالات يمكن تغييره. يؤدي معدل التكرار الأعلى إلى زمن استرخاء حراري أقصر للسطح والتركيز النهائي للعنصر البصري لليزر، مما يؤدي بدوره إلى تسخين أسرع للمادة.

5. التباعد (الوحدة النموذجية: مراد)

على الرغم من أن أشعة الليزر تُعتبر عادةً متوازية، إلا أنها تحتوي دائمًا على قدرٍ معين من التباعد، وهو ما يُشير إلى مدى تباعد الشعاع على مسافة متزايدة من مركزه بسبب الانعراج. في التطبيقات ذات مسافات العمل الطويلة، مثل أنظمة الليدار (liDAR)، حيث قد تكون الأجسام على بُعد مئات الأمتار من نظام الليزر، يُصبح التباعد مشكلةً بالغة الأهمية.

6. حجم البقعة (الوحدة: ميكرومتر)

يصف حجم بقعة شعاع الليزر المُركّز قطر الشعاع عند النقطة البؤرية لنظام عدسة التركيز. في العديد من التطبيقات، مثل معالجة المواد والجراحة الطبية، يتمثل الهدف في تقليل حجم البقعة. هذا يزيد من كثافة الطاقة ويسمح بإنشاء خصائص دقيقة للغاية. غالبًا ما تُستخدم العدسات اللاكروية بدلًا من العدسات الكروية التقليدية لتقليل الانحرافات الكروية وإنتاج حجم بقعة بؤرية أصغر.

7. مسافة العمل (الوحدة: ميكرومتر إلى متر)

تُعرَّف مسافة تشغيل نظام الليزر عادةً بأنها المسافة الفيزيائية بين العنصر البصري النهائي (عادةً عدسة التركيز) والجسم أو السطح الذي يُركِّز عليه الليزر. تسعى بعض التطبيقات، مثل الليزر الطبي، عادةً إلى تقليل مسافة التشغيل، بينما تهدف تطبيقات أخرى، مثل الاستشعار عن بُعد، عادةً إلى زيادة نطاق مسافة التشغيل إلى أقصى حد.