Quali fattori influenzano la qualità del raggio?

Nella fisica laser, la qualità del raggio si riferisce a quanto un raggio laser rimane focalizzato. Maggiore è la qualità, minore è la divergenza nel raggio. La qualità del raggio può essere influenzata da una serie di fattori, come il tipo e la qualità dei componenti del laser, il tipo di mezzo di guadagno laser utilizzato, il metodo di pompaggio ottico utilizzato, il livello di potenza e le sollecitazioni meccaniche e termiche sul laser.

È esiste un compromesso tra qualità della trama e potenza del raggio.  Quando l'energia viene pompata nel mezzo di guadagno del laser, che il laser utilizza per amplificare la luce, parte dell'energia si convertirà in calore.  Il calore in eccesso può causare gradienti di temperatura nel mezzo che producono un effetto di lente termico, riducendo la qualità del raggio. Questo rende il tipo di mezzo di guadagno utilizzato importante.

I laser a gas tendono ad essere meno vulnerabili all'obiettivo termico a causa della minore densità dei loro media e i laser di anidride carbonica possono mantenere un'elevata qualità del fascio a livelli di potenza molto elevati. Tra i laser a stato solido, le alteLe qualità del raggio T sono prodotte da laser a fibra singola e laser a disco sottile. I laser in fibra usano il vetro di biossido di silicio drogato con ioni terrestri rare come itterbio o neodimio come mezzo di guadagno e i laser a disco sottile usano cristalli di granato in alluminio ittrio drogati con ioni trivalenti di ioni. Questi laser possono mantenere una qualità del fascio molto elevata anche a livelli di potenza di diversi chilowatt. A livelli di potenza più bassi, una qualità del fascio estremamente elevata può essere prodotta dai laser a gas elio-neon e dai laser a semiconduttore a emissione di superficie.

Altri componenti del design del laser sono anche importanti per la qualità del raggio, come le dimensioni e la configurazione del risonatore ottico del laser. Disegni che iniettano la luce nel mezzo di guadagno lungo il percorso del raggio laser, una tecnica chiamata end-pumping, produce una qualità del raggio più elevata rispetto ai laser a pompaggio laterale. I detergenti di modalità possono essere utilizzati per migliorare la qualità del raggio passandoil raggio attraverso una fibra a singola modalità o usando una lente per focalizzare un raggio non calcolato attraverso un foro stenopeico e in una seconda lente che ricorda il raggio.

La qualità del raggio è anche influenzata dalla condizione dei componenti del laser. I laser a stato solido possono subire una qualità ridotta se ci sono difetti nella superficie del suo mezzo, che possono causare distorsioni e dispersione del fronte d'onda. La qualità è anche danneggiata da componenti disallineati, che possono essere causati da sollecitazioni meccaniche, variazioni di temperatura nell'ambiente del laser o espansione termica dal calore del laser. Anche i difetti dell'obiettivo possono influire sulla qualità.