빔 품질에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

레이저 물리학에서 빔 품질은 레이저 빔의 초점이 얼마나 잘 유지되는지를 나타냅니다. 품질이 높을수록 빔의 발산이 줄어 듭니다. 빔 품질은 레이저 구성 요소의 유형 및 품질, 사용 된 레이저 게인 매체의 유형, 사용 된 광학 펌핑 방법, 파워 레벨 및 레이저의 기계적 및 열적 스트레스와 같은 여러 요인에 의해 영향을받을 수 있습니다.

빔 품질과 빔 파워 사이에는 균형이 있습니다. 레이저가 빛을 증폭시키기 위해 사용하는 레이저의 이득 매질로 에너지가 펌핑 될 때, 일부 에너지는 열로 변환 될 것이다. 과도한 열은 매체에서 온도 구배를 초래하여 열 렌즈 효과를 만들어 빔의 품질을 떨어 뜨릴 수 있습니다. 이것은 사용되는 이득 매체의 유형을 중요하게 만듭니다.

가스 레이저는 매체의 밀도가 낮기 때문에 열 렌즈에 덜 취약한 경향이 있으며 이산화탄소 레이저는 매우 높은 전력 수준에서 높은 빔 품질을 유지할 수 있습니다. 고체 레이저 중에서도 단일 모드 파이버 레이저와 얇은 디스크 레이저가 최고의 빔 품질을 제공합니다. 파이버 레이저는 이터 븀 또는 네오디뮴과 같은 희토류 이온으로 도핑 된 이산화 규소 유리를 이득 매질로 사용하고, 얇은 디스크 레이저는 3가 이테르븀 이온으로 도핑 된 이트륨 알루미늄 가넷 결정을 사용합니다. 이 레이저는 몇 킬로와트의 전력 수준에서도 매우 높은 빔 품질을 유지할 수 있습니다. 더 낮은 전력 레벨에서, 헬륨-네온 가스 레이저 및면 발광 반도체 레이저에 의해 매우 높은 빔 품질이 생성 될 수있다.

레이저 디자인의 다른 구성 요소들도 레이저의 광학 공진기의 크기 및 구성과 같은 빔 품질에 중요하다. 엔드 펌핑이라고하는 기술인 레이저 빔의 경로를 따라 이득 매질에 빛을 주입하는 디자인은 측면 펌핑 레이저보다 높은 빔 품질을 생성합니다. 모드 클리너는 단일 모드 파이버를 통해 빔을 통과 시키거나 렌즈를 사용하여 핀홀을 통해 빔을 다시 시준하는 두 번째 렌즈에 콜리 메이팅되지 않은 빔의 초점을 맞추는 방법으로 빔 품질을 향상시키는 데 사용할 수 있습니다.

빔 품질은 또한 레이저 부품의 상태에 영향을받습니다. 고체 표면 레이저는 매체 표면에 결함이 있으면 품질이 저하되어 파면 왜곡과 산란이 발생할 수 있습니다. 기계적 응력, 레이저 환경의 온도 변화 또는 레이저 자체 열의 열팽창으로 인해 구성 요소가 잘못 정렬되어 품질도 저하됩니다. 렌즈 결함도 품질에 영향을 줄 수 있습니다.