¿Qué factores afectan la calidad del haz?
En física láser, la calidad del rayo se refiere a qué tan bien un rayo láser permanece enfocado. A mayor calidad, menor divergencia en el haz. La calidad del haz puede verse afectada por una serie de factores, como el tipo y la calidad de los componentes del láser, el tipo de medio de ganancia del láser utilizado, el método de bombeo óptico utilizado, el nivel de potencia y las tensiones mecánicas y térmicas en el láser.
Existe una compensación entre la calidad del haz y la potencia del haz. Cuando se bombea energía al medio de ganancia del láser, que el láser utiliza para amplificar la luz, parte de la energía se convertirá en calor. El exceso de calor puede dar lugar a gradientes de temperatura en el medio que producen un efecto de lente térmica, reduciendo la calidad del haz. Esto hace que el tipo de medio de ganancia utilizado sea importante.
Los láseres de gas tienden a ser menos vulnerables a las lentes térmicas debido a la menor densidad de sus medios, y los láseres de dióxido de carbono pueden mantener una alta calidad de haz a niveles de potencia muy altos. Entre los láseres de estado sólido, las calidades de haz más altas son producidas por los láseres de fibra monomodo y los láseres de disco delgado. Los láseres de fibra usan vidrio de dióxido de silicio dopado con iones de tierras raras como el iterbio o el neodimio como medio de ganancia, y los láseres de disco delgado usan cristales de granate de itrio y aluminio dopados con iones de iterbio trivalentes. Estos láseres pueden mantener una calidad de haz muy alta incluso a niveles de potencia de varios kilovatios. A niveles de potencia más bajos, los láseres de gas helio-neón y los láseres semiconductores de emisión superficial pueden producir una calidad de haz extremadamente alta.
Otros componentes del diseño del láser también son importantes para la calidad del haz, como el tamaño y la configuración del resonador óptico del láser. Los diseños que inyectan luz en el medio de ganancia a lo largo de la trayectoria del rayo láser, una técnica llamada bombeo final, producen una mayor calidad del rayo que los láseres de bombeo lateral. Los limpiadores de modo se pueden usar para mejorar la calidad del haz, ya sea pasando el haz a través de una fibra monomodo o usando una lente para enfocar un haz no colimado a través de un agujero y dentro de una segunda lente que recolima el haz.
La calidad del haz también se ve afectada por la condición de los componentes del láser. Los láseres de estado sólido pueden sufrir una calidad reducida si hay defectos en la superficie de su medio, lo que puede causar distorsiones y dispersión del frente de onda. La calidad también se ve perjudicada por los componentes desalineados, que pueden ser causados por tensiones mecánicas, cambios de temperatura en el entorno del láser o la expansión térmica del propio calor del láser. Los defectos de la lente también pueden afectar la calidad.