Quais fatores afetam a qualidade do feixe?
Na física do laser, a qualidade do feixe refere-se à qualidade do foco do laser. Quanto maior a qualidade, menor a divergência no feixe. A qualidade do feixe pode ser afetada por vários fatores, como o tipo e a qualidade dos componentes do laser, o tipo de meio de ganho a laser usado, o método de bombeamento óptico usado, o nível de potência e as tensões mecânicas e térmicas no laser.
Existe uma troca entre qualidade e potência do feixe. Quando a energia é bombeada para o meio de ganho do laser, usado pelo laser para amplificar a luz, parte da energia é convertida em calor. O excesso de calor pode resultar em gradientes de temperatura no meio que produzem um efeito de lente térmica, reduzindo a qualidade do feixe. Isso torna importante o tipo de ganho médio utilizado.
Os lasers a gás tendem a ser menos vulneráveis às lentes térmicas, devido à menor densidade de sua mídia, e os lasers de dióxido de carbono podem manter alta qualidade de feixe em níveis de potência muito altos. Entre os lasers de estado sólido, as mais altas qualidades de feixe são produzidas por lasers de fibra monomodo e lasers de disco fino. Os lasers de fibra usam vidro de dióxido de silício dopado com íons terras raras, como itérbio ou neodímio, como meio de ganho, e os lasers de disco fino usam cristais de granada de alumínio e ítrio dopados com íons de itérbio trivalentes. Esses lasers podem manter uma qualidade de feixe muito alta, mesmo em níveis de potência de vários quilowatts. Em níveis de potência mais baixos, a qualidade do feixe extremamente alto pode ser produzida por lasers de gás hélio-neon e lasers semicondutores emissores de superfície.
Outros componentes do design do laser também são importantes para a qualidade do feixe, como o tamanho e a configuração do ressonador óptico do laser. Projetos que injetam luz no meio de ganho ao longo do caminho do feixe de laser, uma técnica chamada de bombeamento final, produzem maior qualidade do que os lasers de bombeamento lateral. Os limpadores de modo podem ser usados para melhorar a qualidade do feixe passando o feixe através de uma fibra monomodo ou usando uma lente para focalizar um feixe não colimado através de um orifício e em uma segunda lente que recolima o feixe.
A qualidade do feixe também é afetada pela condição dos componentes do laser. Os lasers de estado sólido podem sofrer qualidade reduzida se houver defeitos na superfície do seu meio, o que pode causar distorções e espalhamento da frente de onda. A qualidade também é prejudicada por componentes desalinhados, que podem ser causados por tensões mecânicas, mudanças de temperatura no ambiente do laser ou expansão térmica do próprio calor do laser. Falhas nas lentes também podem afetar a qualidade.