Ce factori afectează calitatea fasciculului?

În fizica laserului, calitatea fasciculului se referă la cât de bine rămâne focalizat un fascicul laser. Cu cât calitatea este mai mare, cu atât divergența fasciculului este mai mică. Calitatea fasciculului poate fi afectată de o serie de factori, cum ar fi tipul și calitatea componentelor laserului, tipul de mediu de câștig laser utilizat, metoda de pompare optică utilizată, nivelul de putere și solicitările mecanice și termice asupra laserului.

Există un compromis între calitatea fasciculului și puterea fasciculului. Când energia este pompată în mediul de câștig al laserului, pe care laserul îl folosește pentru a amplifica lumina, o parte din energie se va transforma în căldură. Excesul de căldură poate duce la gradienți de temperatură în mediu care produc un efect de lentilă termică, reducând calitatea fasciculului. Acest lucru face ca tipul de mediu de câștig utilizat să fie important.

Laserele cu gaz tind să fie mai puțin vulnerabile la lentilele termice din cauza densității mai mici a mediilor lor, iar laserele cu dioxid de carbon pot menține o calitate ridicată a fasciculului la niveluri de putere foarte ridicate. Dintre laserele cu stare solidă, cele mai înalte calități ale fasciculului sunt produse de laserele cu fibră monomod și laserele cu disc subțire. Laserele cu fibră folosesc sticlă dioxid de siliciu dopată cu ioni de pământuri rare, cum ar fi iterbiu sau neodim, ca mediu de câștig, iar laserele cu disc subțire folosesc cristale de granat de ytriu aluminiu dopate cu ioni de iterbiu trivalenți. Aceste lasere pot menține o calitate foarte ridicată a fasciculului chiar și la niveluri de putere de câțiva kilowați. La niveluri de putere mai scăzute, o calitate extrem de ridicată a fasciculului poate fi produsă de laserele cu gaz heliu-neon și laserele cu semiconductor care emit suprafață.

Alte componente ale designului laserului sunt, de asemenea, importante pentru calitatea fasciculului, cum ar fi dimensiunea și configurația rezonatorului optic al laserului. Modelele care injectează lumină în mediul de amplificare de-a lungul traseului fasciculului laser, o tehnică numită end-pumping, produc o calitate superioară a fasciculului decât laserele cu pompare laterală. Curățătorii de mod pot fi utilizați pentru a îmbunătăți calitatea fasciculului fie prin trecerea fasciculului printr-o fibră monomodală, fie prin utilizarea unei lentile pentru a focaliza un fascicul necolimat printr-un orificiu și într-o a doua lentilă care recolimează fasciculul.

Calitatea fasciculului este, de asemenea, afectată de starea componentelor laserului. Laserele cu stare solidă pot suferi o calitate redusă dacă există defecte la suprafața mediului său, care pot provoca distorsiuni ale frontului de undă și împrăștiere. Calitatea este, de asemenea, afectată de componentele nealiniate, care pot fi cauzate de solicitări mecanice, schimbări de temperatură în mediul laserului sau expansiunea termică de la căldura proprie a laserului. Defectele lentilelor pot afecta și calitatea.