Jakie czynniki wpływają na jakość wiązki?

W fizyce laserowej jakość wiązki odnosi się do tego, jak dobrze wiązka laserowa pozostaje skupiona. Im wyższa jakość, tym mniej rozbieżności w wiązce. Na jakość wiązki może wpływać wiele czynników, takich jak rodzaj i jakość elementów lasera, rodzaj zastosowanego ośrodka wzmocnienia lasera, zastosowana metoda pompowania optycznego, poziom mocy oraz obciążenia mechaniczne i termiczne na laserze.

Istnieje kompromis między jakością wiązki a mocą wiązki. Kiedy energia jest pompowana do ośrodka wzmocnienia lasera, którego laser wykorzystuje do wzmocnienia światła, część energii zamieni się w ciepło. Nadmiar ciepła może powodować gradienty temperatury w ośrodku, które wytwarzają efekt soczewki termicznej, obniżając jakość wiązki. To sprawia, że ​​rodzaj zastosowanego medium wzmocnienia jest ważny.

Lasery gazowe są mniej podatne na soczewki termiczne ze względu na niższą gęstość swoich mediów, a lasery na dwutlenek węgla mogą utrzymać wysoką jakość wiązki przy bardzo wysokich poziomach mocy. Spośród laserów na ciele stałym najwyższą jakość wiązki zapewniają lasery światłowodowe jednomodowe i lasery cienkowarstwowe. Lasery światłowodowe wykorzystują szkło z dwutlenku krzemu domieszkowane jonami metali ziem rzadkich, takimi jak iterb lub neodym, jako swoje ośrodki wzmocnienia, a lasery cienkotarczowe wykorzystują kryształy granatu itrowo-aluminiowego domieszkowane trójwartościowymi jonami iterbu. Lasery te mogą utrzymać bardzo wysoką jakość wiązki nawet przy poziomach mocy kilku kilowatów. Przy niższych poziomach mocy niezwykle wysoką jakość wiązki można uzyskać za pomocą laserów gazowych helowo-neonowych i emitujących powierzchnię laserów półprzewodnikowych.

Inne elementy konstrukcji lasera są również ważne dla jakości wiązki, takie jak rozmiar i konfiguracja rezonatora optycznego lasera. Projekty, które wstrzykują światło do ośrodka wzmocnienia wzdłuż ścieżki wiązki laserowej, technika nazywana pompowaniem końcowym, wytwarzają wyższą jakość wiązki niż lasery z pompowaniem bocznym. Modów czyszczących można użyć do poprawy jakości wiązki poprzez przepuszczenie wiązki przez światłowód jednomodowy lub użycie soczewki do zogniskowania nieslimatyzowanej wiązki przez otwór i do drugiej soczewki, która przypomina wiązkę.

Na jakość wiązki ma również wpływ stan elementów lasera. Lasery na ciele stałym mogą mieć obniżoną jakość, jeśli występują defekty na powierzchni jego ośrodka, które mogą powodować zniekształcenia czoła fali i rozpraszanie. Na jakość niekorzystnie wpływają również niewspółosiowe elementy, które mogą być powodowane przez naprężenia mechaniczne, zmiany temperatury w otoczeniu lasera lub rozszerzalność cieplną z własnego ciepła lasera. Wady obiektywu mogą również wpływać na jakość.