Die Wellenlänge eines Lasers beschreibt die räumliche Frequenz der emittierten Lichtwelle. Die optimale Wellenlänge für einen bestimmten Anwendungsfall hängt stark von der Anwendung ab. Während der Materialbearbeitung haben verschiedene Materialien einzigartige Wellenlängenabsorptionseigenschaften, was zu unterschiedlichen Wechselwirkungen mit den Materialien führt. Ebenso können atmosphärische Absorption und Interferenz bestimmte Wellenlängen in der Fernerkundung unterschiedlich beeinflussen, und in medizinischen Laseranwendungen absorbieren verschiedene Hautfarben bestimmte Wellenlängen unterschiedlich. Kürzere Wellenlängenlaser und Laseroptiken haben Vorteile bei der Erzeugung kleiner, präziser Merkmale, die durch kleinere fokussierte Spots minimale Peripherie erzeugen. Sie sind jedoch im Allgemeinen teurer und anfälliger für Schäden als Laser mit längerer Wellenlänge.
Die Laserleistung wird in Watt (W) gemessen, die verwendet wird, um die optische Leistung eines kontinuierlichen Wellenlasers (CW) oder die durchschnittliche Leistung eines gepulsten Lasers zu beschreiben. Darüber hinaus ist die Eigenschaft des gepulsten Lasers, dass seine Impulsenergie direkt proportional zur durchschnittlichen Leistung und umgekehrt proportional zur Pulswiederholrate ist. Die Energieeinheit ist Joule (J).
Pulsenergie-niedrige durchschnittliche Leistungswiederholrate Pulsenergie-niedrige durchschnittliche Leistungswiederholrate.
Laser mit höherer Leistung und Energie sind in der Regel teurer und produzieren mehr Abwärme. Mit steigender Leistung und Energie wird die Aufrechterhaltung der hohen Strahlqualität immer schwieriger.
Pulsdauer (gemeinsame Einheiten: fs bis ms):
Laserpulsdauer oder Pulsbreite ist im Allgemeinen definiert als die Zeit, die der Laser benötigt, um die Hälfte seiner maximalen optischen Leistung (FWHM) zu erreichen. Ultraschnelle Laser zeichnen sich durch kurze Pulsdauern aus, die von Pikosekunden (10-12 Sekunden) bis zu Attosekunden (10-18 Sekunden) reichen.
Wiederholungsrate (gemeinsame Einheiten: Hz bis MHz):
Die Wiederholungsrate eines gepulsten Lasers oder Pulswiederholfrequenz beschreibt die Anzahl der pro Sekunde emittierten Impulse, die der Kehrwert des sequentiellen Pulsabstandes ist. Wie bereits erwähnt, ist die Wiederholungsrate umgekehrt proportional zur Pulsenergie und direkt proportional zur Durchschnittsleistung. Obwohl die Wiederholungsrate in der Regel vom Laser-Verstärkungsmedium abhängt, kann die Wiederholungsrate in vielen Fällen variieren. Je höher die Wiederholungsrate, desto kürzer ist die thermische Relaxationszeit an der Oberfläche der Laseroptik und des finalen fokussierten Punktes, wodurch sich das Material schneller erwärmt.
Kohärenzlänge (gemeinsame Einheiten: mm bis cm):
Laser sind kohärent, d.h. es besteht eine feste Beziehung zwischen den Phasenwerten des elektrischen Feldes zu verschiedenen Zeiten oder Orten. Dies liegt daran, dass Laserlicht im Gegensatz zu den meisten anderen Arten von Lichtquellen durch stimulierte Emission erzeugt wird. Die Kohärenz schwächt während der Ausbreitung allmählich ab, und die Kohärenzlänge eines Lasers definiert den Abstand, über den seine zeitliche Kohärenz eine bestimmte Qualität behält.
Polarisation:
Polarisation definiert die Richtung des elektrischen Feldes einer Lichtwelle, die immer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung steht. In den meisten Fällen ist Laserlicht linear polarisiert, was bedeutet, dass das emittierte elektrische Feld immer in die gleiche Richtung zeigt. Unpolarisiertes Licht erzeugt elektrische Felder, die in viele verschiedene Richtungen zeigen. Der Polarisationsgrad wird normalerweise als das Verhältnis der optischen Leistung zweier orthogonaler Polarisationszustände ausgedrückt, wie 100:1 oder 500:1.
Strahldurchmesser (gemeinsame Einheiten: mm bis cm):
Der Strahldurchmesser eines Lasers stellt die seitliche Ausdehnung des Strahls oder die physikalische Größe senkrecht zur Ausbreitungsrichtung dar. Sie wird normalerweise mit 1/e2 Breite definiert, d.h. dem Punkt, an dem die Strahlintensität 1/e2 (≈ 13,5%) ihres Maximalwertes erreicht. Am Punkt 1/e2 sinkt die elektrische Feldstärke auf 1/e (≈ 37%) ihres Maximalwertes. Je größer der Strahldurchmesser, desto größer die Optik und das Gesamtsystem, das erforderlich ist, um Strahlclipping zu vermeiden, was zu erhöhten Kosten führt. Die Verringerung des Strahldurchmessers erhöht jedoch die Leistungs-/Energiedichte, was sich auch nachteilig auswirken kann.
Leistung oder Energiedichte (gemeinsame Einheiten: W/cm2 bis MW/cm2 oder µJ/cm2 bis J/cm2):
Der Strahldurchmesser bezieht sich auf die Leistung/Energiedichte des Laserstrahls (d.h. die optische Leistung/Energie pro Flächeneinheit). Wenn die Leistung oder Energie des Strahls konstant ist, je größer der Strahldurchmesser, desto kleiner die Leistung/Energiedichte. Laser mit hoher Leistung/Energiedichte sind in der Regel die ideale Endproduktion des Systems (z. B. beim Laserschneiden oder Laserschweißen), aber niedrig Die Leistungs-/Energiedichte des Lasers ist oft vorteilhaft innerhalb des Systems und verhindert laserinduzierte Schäden. Dies verhindert auch, dass die Bereiche mit hoher Leistung/hoher Energiedichte des Strahls die Luft ionisieren. Aus diesen Gründen werden Strahl-Expander häufig eingesetzt, um den Durchmesser zu erhöhen und so die Leistungs-/Energiedichte im Lasersystem zu reduzieren. Es muss jedoch darauf geachtet werden, den Strahl nicht so weit auszudehnen, dass er innerhalb der Systemöffnung eingeklemmt wird, was zu Energieverschwendung und möglichen Schäden führt.
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