Hvilke faktorer påvirker strålekvaliteten?

I laserfysikk refererer strålekvalitet til hvor godt en laserstråle forblir fokusert. Jo høyere kvalitet, jo mindre avvik i bjelken. Strålekvalitet kan påvirkes av en rekke faktorer, for eksempel type og kvalitet på laserkomponentene, typen laserforsterkningsmedium som brukes, den optiske pumpemetoden som brukes, effektnivået og de mekaniske og termiske spenningene på laseren.

Det er en avveining mellom bjelkekvalitet og bjelkeeffekt. Når energi pumpes inn i laserens forsterkningsmedium, som laseren bruker for å forsterke lys, vil noe av energien konvertere til varme. Overflødig varme kan resultere i temperaturgradienter i mediet som gir en termisk linsevirkning og reduserer bjelkens kvalitet. Dette gjør den typen gevinstmedium som brukes viktig.

Gasslasere har en tendens til å være mindre sårbare for termisk linsing på grunn av den lavere tettheten av media, og karbondioksidlasere kan opprettholde høy strålekvalitet ved meget høye effektnivåer. Blant solid-state lasere produseres de høyeste strålekvalitetene av enkelmodus-fiberlasere og tynn-disklasere. Fiberlasere bruker silisiumdioksydglass dopet med sjeldne jordarter, som ytterbium eller neodymium som deres forsterkningsmedium, og tynn-disklasere bruker yttrium aluminium granatkrystaller dopet med trivalente ytterbiumioner. Disse laserne kan opprettholde meget høy strålekvalitet selv ved effektnivåer på flere kilowatt. Ved lavere effektnivå kan ekstrem høy strålekvalitet produseres av helium-neon gasslasere og overflateavgivende halvlederlasere.

Andre komponenter i laserens design er også viktige for strålekvalitet, for eksempel størrelsen og konfigurasjonen av laserens optiske resonator. Design som injiserer lys i forsterkningsmediet langs laserstrålens bane, en teknikk som kalles sluttpumping, gir høyere strålekvalitet enn sidepumpende lasere. Modusrensere kan brukes til å forbedre strålekvaliteten enten ved å føre strålen gjennom en enkeltmodusfiber eller ved å bruke en linse til å fokusere en ukollimert stråle gjennom et kulehull og inn i et andre objektiv som rekollimerer strålen.

Strålekvaliteten påvirkes også av tilstanden til laserkomponentene. Faststofflasere kan lide redusert kvalitet hvis det er feil i overflaten til mediet, noe som kan forårsake forvrengninger og spredning på bølgefronten. Kvaliteten blir også skadet av feiljusterte komponenter, som kan være forårsaket av mekaniske påkjenninger, temperaturendringer i laserens miljø eller termisk ekspansjon fra laserens egen varme. Linsefeil kan også påvirke kvaliteten.