أهم معايير توصيف أداء نظام الليزر

1. الطول الموجي (الوحدة: من نانومتر إلى ميكرومتر)

الطول موجة الليزريمثل الطول الموجي للموجة الكهرومغناطيسية التي يحملها الليزر. بالمقارنة مع أنواع الضوء الأخرى، فإن إحدى السمات المهمة لـليزرإنها أحادية اللون، مما يعني أن طول موجتها نقي للغاية ولها تردد واحد محدد جيدًا.

الفرق بين الأطوال الموجية المختلفة لليزر:

يتراوح الطول الموجي لليزر الأحمر عمومًا بين 630 نانومتر و680 نانومتر، والضوء المنبعث منه أحمر اللون، وهو أيضًا الليزر الأكثر شيوعًا (يستخدم بشكل أساسي في مجال ضوء التغذية الطبية، وما إلى ذلك)؛

يبلغ الطول الموجي لليزر الأخضر عمومًا حوالي 532 نانومتر (ويستخدم بشكل أساسي في مجال تحديد المدى بالليزر، وما إلى ذلك)؛

يتراوح طول موجة الليزر الأزرق عمومًا بين 400 نانومتر و500 نانومتر (يستخدم بشكل أساسي في جراحة الليزر)؛

ليزر الأشعة فوق البنفسجية بين 350 نانومتر و400 نانومتر (يستخدم بشكل رئيسي في الطب الحيوي)؛

يُعدّ ليزر الأشعة تحت الحمراء الأكثر تميزًا، حيث يقع طول موجة هذا الليزر، وفقًا لنطاق الطول الموجي ومجال التطبيق، عمومًا في نطاق 700 نانومتر إلى 1 مليمتر. 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). ويتراوح طول موجة الأشعة تحت الحمراء القريبة بين 750 نانومتر و1400 نانومتر، وهي تُستخدم على نطاق واسع في اتصالات الألياف الضوئية، والتصوير الطبي الحيوي، وأجهزة الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء.

2. القدرة والطاقة (الوحدة: واط أو جول)

قوة الليزريُستخدم هذا المصطلح لوصف القدرة الضوئية الناتجة عن ليزر الموجة المستمرة (CW) أو متوسط ​​قدرة الليزر النبضي. إضافةً إلى ذلك، تتميز الليزرات النبضية بأن طاقة نبضتها تتناسب طرديًا مع متوسط ​​القدرة وعكسيًا مع معدل تكرار النبضة، وعادةً ما تُنتج الليزرات ذات القدرة والطاقة الأعلى حرارةً مهدرةً أكبر.

تتميز معظم أشعة الليزر بتوزيع غاوسي، لذا يكون كل من الإشعاع والتدفق الضوئي في أعلى مستوياتهما على المحور البصري لليزر، ويتناقصان مع ازدياد الانحراف عن هذا المحور. أما أنواع الليزر الأخرى، فتتميز بتوزيع مسطح للشعاع، والذي يختلف عن التوزيع الغاوسي، حيث يكون الإشعاع ثابتًا عبر المقطع العرضي للشعاع، مع انخفاض سريع في شدته. ولذلك، لا تمتلك أشعة الليزر المسطحة ذروة إشعاع. وتبلغ ذروة قدرة شعاع غاوسي ضعف ذروة قدرة شعاع مسطح له نفس القدرة المتوسطة.

3. مدة النبضة (الوحدة: من فمتوثانية إلى مللي ثانية)

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

 

4. معدل التكرار (الوحدة: من هرتز إلى ميجاهرتز)

معدل تكرار أليزر نابضيصف معدل تكرار النبضات عدد النبضات المنبعثة في الثانية الواحدة، أي مقلوب تباعد النبضات في التسلسل الزمني. يتناسب معدل التكرار عكسيًا مع طاقة النبضة، ويتناسب طرديًا مع متوسط ​​القدرة. على الرغم من أن معدل التكرار يعتمد عادةً على وسط كسب الليزر، إلا أنه في كثير من الحالات، يمكن تغييره. يؤدي ارتفاع معدل التكرار إلى تقليل زمن الاسترخاء الحراري لسطح وبؤرة العنصر البصري لليزر، مما يؤدي بدوره إلى تسخين أسرع للمادة.

5. التباعد (الوحدة النموذجية: ملي راديان)

على الرغم من أن أشعة الليزر تُعتبر عمومًا متوازية، إلا أنها تحتوي دائمًا على قدرٍ من التباعد، وهو ما يصف مدى تباعد الشعاع على مسافة متزايدة من مركز شعاع الليزر نتيجةً للحيود. في التطبيقات ذات مسافات العمل الطويلة، مثل أنظمة الليدار، حيث قد تكون الأجسام على بُعد مئات الأمتار من نظام الليزر، يصبح التباعد مشكلةً بالغة الأهمية.

6. حجم البقعة (الوحدة: ميكرومتر)

يُشير حجم بقعة شعاع الليزر المُركّز إلى قطر الشعاع عند النقطة البؤرية لنظام العدسات المُركّزة. في العديد من التطبيقات، مثل معالجة المواد والجراحة الطبية، يتمثل الهدف في تقليل حجم البقعة إلى أدنى حد. يُؤدي ذلك إلى زيادة كثافة الطاقة إلى أقصى حد، ويُتيح إنشاء تفاصيل دقيقة للغاية. غالبًا ما تُستخدم العدسات اللاكروية بدلًا من العدسات الكروية التقليدية لتقليل الانحرافات الكروية وإنتاج بقعة بؤرية أصغر.

7. مسافة العمل (الوحدة: من ميكرومتر إلى متر)

تُعرَّف مسافة تشغيل نظام الليزر عادةً بأنها المسافة الفعلية من العنصر البصري الأخير (عادةً عدسة التركيز) إلى الجسم أو السطح الذي يركز عليه الليزر. وتسعى بعض التطبيقات، مثل الليزر الطبي، إلى تقليل مسافة التشغيل إلى أدنى حد، بينما تهدف تطبيقات أخرى، مثل الاستشعار عن بُعد، إلى زيادة نطاق مسافة التشغيل إلى أقصى حد.