Ir pieejams plašs vispārējas nozīmes lāzersistēmu klāsts dažādiem lietojumiem, piemēram, materiālu apstrādei, lāzerķirurģijai un attālajai uzrādei, taču daudzām lāzersistēmām ir kopīgi galvenie parametri. Vienotas terminoloģijas izveide šiem parametriem novērš pārpratumus, un to izpratne ļauj pareizi specifikēt lāzera sistēmas un komponentus, lai tie atbilstu lietojuma prasībām.
Pamatparametri
Tālāk minētie pamatparametri ir lāzersistēmas pamatjēdzieni, un tie ir būtiski, lai izprastu sarežģītākus punktus.
1: Viļņa garums (parastās vienības: nm līdz µm)
Lāzera viļņa garums raksturo izstarotā gaismas viļņa telpisko frekvenci. Optimālais viļņa garums konkrētajam lietošanas gadījumam ir ļoti atkarīgs no pielietojuma. Materiālu apstrādē dažādiem materiāliem ir unikālas no viļņa garuma atkarīgas absorbcijas īpašības, kuru rezultātā notiek atšķirīga mijiedarbība ar materiālu. Tāpat attālās uzrādes gadījumā atmosfēras absorbcija un traucējumi var atšķirīgi ietekmēt noteiktus viļņu garumus, un medicīnas lāzeru lietojumos dažādi kompleksi var absorbēt noteiktus viļņu garumus atšķirīgi. Lāzeri ar īsāku viļņu garumu un lāzera optika palīdz izveidot mazus, precīzus elementus ar minimālu perifēro apsildi, jo fokusa punkts ir mazāks. Tomēr tie parasti ir dārgāki un vieglāk sabojājami nekā lāzeri ar garāku viļņu garumu.
2: jauda un enerģija (parastās mērvienības: W vai J)
Lāzera jaudu mēra vatos (W) un izmanto, lai aprakstītu nepārtraukta viļņa (CW) lāzera optisko jaudu vai impulsa lāzera vidējo jaudu. Impulsu lāzerus raksturo arī to impulsa enerģija, kas ir proporcionāla vidējai jaudai un apgriezti proporcionāla lāzera atkārtošanās ātrumam (2. attēls). Enerģiju mēra džoulos (J).
Lielākas jaudas un enerģijas lāzeri parasti ir dārgāki, un tie rada vairāk siltuma. Palielinoties jaudai un enerģijai, arī tālās gaismas kvalitātes uzturēšana kļūst grūtāka.
3: impulsa ilgums (parastās vienības: fs līdz ms)
Lāzera impulsa ilgumu vai impulsa platumu parasti definē kā lāzera gaismas jaudas un laika pilnu platumu pie maksimālās puses (FWHM) (3. attēls). Īpaši ātrie lāzeri piedāvā daudzas priekšrocības dažādos lietojumos, tostarp precīzā materiālu apstrādē un medicīniskajos lāzeros, un tiem raksturīgs īss impulsa ilgums aptuveni no pikosekundēm (10-12 sekundēm) līdz attosekundēm (10-18 sekundēm).
4: atkārtošanās biežums (parastās vienības: Hz līdz MHz)
Impulsu lāzera atkārtošanās biežums jeb impulsa atkārtošanās biežums raksturo impulsu skaitu, kas izstaro sekundē vai apgrieztā laika impulsa intervālu (3. attēls). Kā minēts iepriekš, atkārtošanās ātrums ir apgriezti proporcionāls impulsa enerģijai un tieši proporcionāls vidējai jaudai. Lai gan atkārtošanās ātrums parasti ir atkarīgs no lāzera pastiprinājuma vides, tas daudzos gadījumos var atšķirties. Lielāks atkārtošanās ātrums nodrošina īsāku termiskās relaksācijas laiku lāzera optiskajā virsmā un gala fokusā, kā rezultātā materiāls tiek uzkarsēts ātrāk.
5: saskaņotības garums (parastās mērvienības: no milimetriem līdz metriem)
Lāzeri ir koherenti, kas nozīmē, ka pastāv noteikta sakarība starp elektriskā lauka fāzes vērtībām dažādos laikos vai vietās. Tas ir tāpēc, ka atšķirībā no vairuma citu gaismas avotu veidu lāzeri tiek ražoti ar ierosinātu emisiju. Saskaņotība samazinās visā pārraides procesā, un lāzera koherences garums nosaka attālumu, kādā lāzera laika koherence saglabājas noteiktā kvalitātē.
6: Polarizācija
Polarizācija nosaka gaismas viļņa elektriskā lauka virzienu, kas vienmēr ir perpendikulārs izplatīšanās virzienam. Vairumā gadījumu lāzers būs lineāri polarizēts, kas nozīmē, ka izstarotais elektriskais lauks vienmēr ir vērsts vienā virzienā. Nepolarizētajai gaismai būs elektriskais lauks, kas vērsts dažādos virzienos. Polarizāciju parasti izsaka kā gaismas fokusa attālumu attiecību divos ortogonāli polarizētos stāvokļos, piemēram, 100:1 vai 500:1.
Sijas parametri
Lāzera stara formu un kvalitāti raksturo šādi parametri.
7: sijas diametrs (parastās mērvienības: mm līdz cm)
Lāzera stara diametrs raksturo stara sānu pagarinājumu jeb fizisko izmēru perpendikulāri izplatīšanās virzienam. To parasti definē kā 1/e2 platumu, ti, platumu, kas sasniegts ar staru kūļa intensitāti pie 1/e2 (≈13,5%). Punktā 1/e2 elektriskā lauka stiprums samazinās līdz 1/e (≈37%). Jo lielāks ir staru kūļa diametrs, jo lielākai jābūt optikai un visai sistēmai, lai izvairītos no staru kūļa saīsināšanas, kas palielina izmaksas. Tomēr staru kūļa diametra samazināšanās palielina jaudas/enerģijas blīvumu, kas arī ir kaitīgs.
8: jauda vai enerģijas blīvums (parastās mērvienības: W/cm2 līdz MW/cm2 vai µJ/cm2 līdz J/cm2)
Stara diametrs attiecas uz lāzera stara jaudu/enerģijas blīvumu vai optisko jaudu/enerģiju uz laukuma vienību. Jo lielāks ir staru kūļa diametrs, jo mazāks jaudas/enerģijas blīvums pastāvīgā jaudas vai pastāvīgas enerģijas staram. Sistēmas gala izvadē (piemēram, lāzergriešanas vai metināšanas gadījumā) parasti ir nepieciešams liels jaudas/enerģijas blīvums, taču sistēmā zema jaudas/enerģijas koncentrācija parasti ir izdevīga, lai novērstu lāzera izraisītus bojājumus. Tas arī novērš gaisa jonizāciju staru kūļa liela jaudas/enerģijas blīvuma reģionā. Šo iemeslu dēļ, cita starpā, lāzera staru paplašinātājus bieži izmanto, lai palielinātu diametru un tādējādi samazinātu jaudas/enerģijas blīvumu lāzera sistēmā. Tomēr ir jāuzmanās, lai staru kūlis netiktu pagarināts tik liels, ka stars tiek aizsegts no sistēmas atveres, kā rezultātā tiek tērēta enerģija un iespējami bojājumi.
9: stara profils
Lāzera stara profils raksturo sadalīto intensitāti stara šķērsgriezumā. Parastie siju profili ietver Gausa un plakanvirsmas sijas, kas atbilst attiecīgi Gausa un plakanās virsmas funkcijām (4. attēls). Tomēr, tā kā lāzera iekšpusē vienmēr ir noteikts skaits karsto punktu vai svārstību, neviens lāzers nevar radīt pilnībā Gausa vai pilnībā plakanu staru kūli, kas precīzi atbilst tā īpašfunkcijai. Atšķirību starp faktisko lāzera stara profilu un ideālo staru kūļa profilu parasti apraksta ar metriku, kas satur lāzera M2 koeficientu.
10: novirze (tipiskā vienība: mrad)
Lai gan lāzera starus parasti uzskata par kolimētiem, tie vienmēr satur zināmu novirzi, kas apraksta, cik lielā mērā stars difrakcijas dēļ attālinās no lāzera stara vidukļa. Lietojumprogrammās ar lieliem darbības attālumiem, piemēram, LIDAR sistēmām, kur objekti var atrasties simtiem metru attālumā no lāzera sistēmas, atšķirības kļūst par īpaši svarīgu problēmu. Stara diverģenci parasti definē kā lāzera pusleņķi, un Gausa stara novirzi (θ) definē kā.
λ ir lāzera viļņa garums un w{0}} ir lāzera stara viduklis.
Galīgie sistēmas parametri
Šie galīgie parametri apraksta lāzera sistēmas veiktspēju izejā.
11: vietas izmērs (parastā mērvienība: µm)
Fokusēta lāzera stara vietas izmērs raksturo stara diametru fokusēšanas lēcu sistēmas fokusa punktā. Daudzās lietojumprogrammās, piemēram, materiālu apstrādē un medicīniskajā ķirurģijā, mērķis ir samazināt vietas izmēru. Tas palielina jaudas blīvumu un ļauj izveidot īpaši smalkas funkcijas (5. attēls). Asfēriskās lēcas bieži izmanto parasto sfērisko lēcu vietā, lai samazinātu sfērisko aberāciju un radītu mazākus fokusa punktu izmērus. Dažu veidu lāzeru sistēmas galu galā nefokusē lāzeru uz vietas, un tādā gadījumā šis parametrs nav piemērojams.
12: Darba attālums (parastā mērvienība: µm līdz m)
Lāzera sistēmas darbības attālums parasti tiek definēts kā fiziskais attālums no gala optiskā elementa (parasti fokusēšanas lēcas) līdz objektam vai virsmai, uz kuru ir fokusēts lāzers. Dažas lietojumprogrammas, piemēram, medicīniskie lāzeri, bieži cenšas samazināt darba attālumu, savukārt citas lietojumprogrammas, piemēram, attālā uzrāde, bieži cenšas palielināt darba attāluma diapazonu.
