พารามิเตอร์พื้นฐานของระบบเลเซอร์

พารามิเตอร์พื้นฐานของระบบเลเซอร์

ในหลากหลายสาขาการใช้งาน เช่น การแปรรูปวัสดุ การผ่าตัดด้วยเลเซอร์ และการสำรวจระยะไกล แม้ว่าจะมีระบบเลเซอร์หลายประเภท แต่ก็มักจะมีพารามิเตอร์หลักบางอย่างที่เหมือนกัน การสร้างระบบคำศัพท์พารามิเตอร์ที่เป็นเอกภาพจะช่วยหลีกเลี่ยงความสับสนในการแสดงออก และช่วยให้ผู้ใช้สามารถเลือกและกำหนดค่าระบบเลเซอร์และส่วนประกอบต่างๆ ได้แม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งตรงกับความต้องการในสถานการณ์เฉพาะต่างๆ

พารามิเตอร์พื้นฐาน

ความยาวคลื่น (หน่วยทั่วไป: นาโนเมตร ถึง ไมโครเมตร)

ความยาวคลื่นสะท้อนถึงลักษณะความถี่ของคลื่นแสงที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์ในอวกาศ สถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกันมีความต้องการความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน: ในการแปรรูปวัสดุ อัตราการดูดซับของวัสดุสำหรับความยาวคลื่นเฉพาะจะแตกต่างกัน ซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของกระบวนการ ในการใช้งานด้านการสำรวจระยะไกล มีความแตกต่างกันในการดูดซับและการรบกวนของความยาวคลื่นต่างๆ โดยชั้นบรรยากาศ ในการใช้งานทางการแพทย์ การดูดซับเลเซอร์โดยผู้ที่มีสีผิวต่างกันก็แตกต่างกันไปตามความยาวคลื่นเช่นกัน เนื่องจากจุดโฟกัสที่เล็กกว่า เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าจึง...อุปกรณ์เลเซอร์เชิงแสงเลเซอร์ชนิดนี้มีข้อดีคือสามารถสร้างชิ้นงานขนาดเล็กและแม่นยำได้ดีเยี่ยม โดยก่อให้เกิดความร้อนรอบข้างน้อยมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นยาวกว่า เลเซอร์ชนิดนี้มักมีราคาแพงกว่าและเสียหายได้ง่ายกว่า

2. กำลังและพลังงาน (หน่วยที่ใช้กันทั่วไป: วัตต์ หรือ จูล)

กำลังของเลเซอร์มักวัดเป็นวัตต์ (W) และใช้ในการวัดกำลังเอาต์พุตของเลเซอร์แบบต่อเนื่องหรือกำลังเฉลี่ยของเลเซอร์แบบพัลส์ สำหรับเลเซอร์แบบพัลส์ พลังงานของพัลส์เดี่ยวจะแปรผันตรงกับกำลังเฉลี่ยและแปรผันผกผันกับความถี่ในการทำซ้ำ โดยมีหน่วยเป็นจูล (J) ยิ่งกำลังหรือพลังงานสูงเท่าไร ต้นทุนของเลเซอร์ก็มักจะสูงขึ้นเท่านั้น ความต้องการในการระบายความร้อนก็จะมากขึ้น และความยากในการรักษาคุณภาพลำแสงที่ดีก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

พลังงานพัลส์ = อัตราการทำซ้ำกำลังเฉลี่ย พลังงานพัลส์ = อัตราการทำซ้ำกำลังเฉลี่ย

3. ระยะเวลาของพัลส์ (หน่วยทั่วไป: เฟมโตวินาที ถึง มิลลิวินาที)

ระยะเวลาของพัลส์เลเซอร์ หรือที่เรียกว่าความกว้างของพัลส์ โดยทั่วไปจะกำหนดเป็นเวลาที่ใช้สำหรับ...เลเซอร์กำลังเพิ่มขึ้นถึงครึ่งหนึ่งของค่าสูงสุด (FWHM) (รูปที่ 1) ความกว้างของพัลส์ของเลเซอร์ความเร็วสูงนั้นสั้นมาก โดยทั่วไปอยู่ในช่วงพิโควินาที (10⁻¹² วินาที) ถึงแอตโตวินาที (10⁻¹⁸ วินาที)

4. อัตราการทำซ้ำ (หน่วยทั่วไป: เฮิรตซ์ ถึง เมกะเฮิรตซ์)

อัตราการทำซ้ำของเลเซอร์แบบพัลส์(เช่น ความถี่การทำซ้ำของพัลส์) อธิบายถึงจำนวนพัลส์ที่ปล่อยออกมาต่อวินาที ซึ่งก็คือส่วนกลับของระยะห่างระหว่างพัลส์ (รูปที่ 1) ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ อัตราการทำซ้ำแปรผกผันกับพลังงานของพัลส์และแปรผันตรงกับกำลังเฉลี่ย แม้ว่าอัตราการทำซ้ำมักจะขึ้นอยู่กับตัวกลางขยายแสงเลเซอร์ แต่ในหลายกรณี อัตราการทำซ้ำสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ยิ่งอัตราการทำซ้ำสูงเท่าใด เวลาการผ่อนคลายความร้อนของพื้นผิวขององค์ประกอบทางแสงของเลเซอร์และจุดโฟกัสสุดท้ายก็จะยิ่งสั้นลง ทำให้วัสดุร้อนขึ้นได้เร็วขึ้น

5. ความยาวของการเชื่อมโยง (หน่วยทั่วไป: มิลลิเมตร ถึง เซนติเมตร)

เลเซอร์มีความสอดคล้อง (coherence) ซึ่งหมายความว่ามีความสัมพันธ์คงที่ระหว่างค่าเฟสของสนามไฟฟ้า ณ เวลาหรือตำแหน่งต่างๆ เนื่องจากเลเซอร์ถูกสร้างขึ้นโดยการปล่อยแสงแบบกระตุ้น (stimulated emission) ซึ่งแตกต่างจากแหล่งกำเนิดแสงประเภทอื่นๆ ส่วนใหญ่ ในระหว่างกระบวนการแพร่กระจายทั้งหมด ความสอดคล้องจะค่อยๆ ลดลง และความยาวของความสอดคล้องของเลเซอร์จะกำหนดระยะทางที่ความสอดคล้องเชิงเวลาของเลเซอร์ยังคงรักษาระดับหนึ่งไว้ได้

6. การโพลาไรเซชัน

การโพลาไรเซชันกำหนดทิศทางของสนามไฟฟ้าของคลื่นแสง ซึ่งจะตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายเสมอ ในกรณีส่วนใหญ่ เลเซอร์จะมีการโพลาไรซ์เชิงเส้น ซึ่งหมายความว่าสนามไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจะชี้ไปในทิศทางเดียวกันเสมอ แสงที่ไม่โพลาไรซ์จะสร้างสนามไฟฟ้าที่ชี้ไปในทิศทางต่างๆ มากมาย ระดับของการโพลาไรเซชันมักแสดงเป็นอัตราส่วนของกำลังแสงของสถานะโพลาไรเซชันตั้งฉากสองสถานะ เช่น 100:1 หรือ 500:1