Parametri di base del sistema laser

Parametri di base delsistema laser

In numerosi campi applicativi, come la lavorazione dei materiali, la chirurgia laser e il telerilevamento, sebbene esistano numerose tipologie di sistemi laser, spesso condividono alcuni parametri fondamentali comuni. L'adozione di un sistema terminologico unificato per i parametri può contribuire a evitare confusioni espressive e consentire agli utenti di selezionare e configurare sistemi e componenti laser in modo più accurato, soddisfacendo così le esigenze di scenari specifici.

Parametri di base

Lunghezza d'onda (unità comuni: da nm a μm)

La lunghezza d'onda riflette le caratteristiche di frequenza delle onde luminose emesse da un laser nello spazio. Diversi scenari applicativi richiedono lunghezze d'onda diverse: nella lavorazione dei materiali, il tasso di assorbimento dei materiali per specifiche lunghezze d'onda varia, il che influisce sull'effetto di elaborazione. Nelle applicazioni di telerilevamento, ci sono differenze nell'assorbimento e nell'interferenza di diverse lunghezze d'onda da parte dell'atmosfera. Nelle applicazioni mediche, l'assorbimento dei laser da parte di persone di diverso colore della pelle varia anche a seconda della lunghezza d'onda. A causa del punto di messa a fuoco più piccolo, i laser a lunghezza d'onda più corta edispositivi ottici laserHanno il vantaggio di creare dettagli piccoli e precisi, generando un riscaldamento periferico molto ridotto. Tuttavia, rispetto ai laser con lunghezze d'onda maggiori, sono solitamente più costosi e più soggetti a danni.

2. Potenza ed energia (Unità comuni: W o J)

La potenza laser è solitamente misurata in watt (W) e viene utilizzata per misurare la potenza di uscita dei laser continui o la potenza media dei laser pulsati. Per i laser pulsati, l'energia di un singolo impulso è direttamente proporzionale alla potenza media e inversamente proporzionale alla frequenza di ripetizione, con l'unità di misura in joule (J). Maggiore è la potenza o l'energia, maggiore è solitamente il costo del laser, maggiore è il requisito di dissipazione del calore e di conseguenza aumenta anche la difficoltà di mantenere una buona qualità del fascio.

Energia dell'impulso = frequenza media di ripetizione della potenza Energia dell'impulso = frequenza media di ripetizione della potenza

3. Durata dell'impulso (unità comuni: da fs a ms)

La durata di un impulso laser, nota anche come larghezza dell'impulso, è generalmente definita come il tempo impiegato perlaserpotenza fino a metà del suo picco (FWHM) (Figura 1). La larghezza dell'impulso dei laser ultraveloci è estremamente breve, tipicamente compresa tra picosecondi (10⁻¹² secondi) e attosecondi (10⁻¹⁸ secondi).

4. Frequenza di ripetizione (unità comuni: Hz a MHZ)

Il tasso di ripetizione di unlaser pulsato(ovvero, la frequenza di ripetizione degli impulsi) descrive il numero di impulsi emessi al secondo, ovvero il reciproco della spaziatura degli impulsi temporali (Figura 1). Come accennato in precedenza, la frequenza di ripetizione è inversamente proporzionale all'energia dell'impulso e direttamente proporzionale alla potenza media. Sebbene la frequenza di ripetizione dipenda solitamente dal mezzo di guadagno del laser, in molti casi può variare. Maggiore è la frequenza di ripetizione, minore è il tempo di rilassamento termico della superficie dell'elemento ottico laser e del punto finale focalizzato, consentendo così al materiale di riscaldarsi più velocemente.

5. Lunghezza di coerenza (Unità comuni: mm a cm)

I laser sono dotati di coerenza, il che significa che esiste una relazione fissa tra i valori di fase del campo elettrico in diversi istanti o posizioni. Questo perché i laser sono generati tramite emissione stimolata, a differenza della maggior parte degli altri tipi di sorgenti luminose. Durante l'intero processo di propagazione, la coerenza si indebolisce gradualmente e la lunghezza di coerenza del laser definisce la distanza alla quale la sua coerenza temporale mantiene una certa massa.

6. Polarizzazione

La polarizzazione definisce la direzione del campo elettrico delle onde luminose, che è sempre perpendicolare alla direzione di propagazione. Nella maggior parte dei casi, i laser sono polarizzati linearmente, il che significa che il campo elettrico emesso punta sempre nella stessa direzione. La luce non polarizzata genera campi elettrici che puntano in molte direzioni diverse. Il grado di polarizzazione è solitamente espresso come il rapporto tra la potenza ottica di due stati di polarizzazione ortogonali, ad esempio 100:1 o 500:1.