Какие факторы влияют на качество луча?

В лазерной физике качество луча относится к тому, насколько хорошо лазерный луч остается сфокусированным. Чем выше качество, тем меньше расхождение в луче. На качество пучка может влиять ряд факторов, таких как тип и качество компонентов лазера, тип используемой лазерной среды усиления, используемый метод оптической накачки, уровень мощности, а также механические и тепловые напряжения на лазере.

Существует компромисс между качеством луча и мощностью луча. Когда энергия накачивается в усиливающую среду лазера, которую лазер использует для усиления света, часть энергии преобразуется в тепло. Избыточное тепло может привести к температурным градиентам в среде, которые создают эффект теплового линзирования, снижая качество луча. Это делает важным тип используемой среды усиления.

Газовые лазеры имеют тенденцию быть менее уязвимыми к тепловым линзам из-за более низкой плотности их сред, а лазеры на углекислом газе могут поддерживать высокое качество луча при очень высоких уровнях мощности. Среди твердотельных лазеров наивысшее качество пучка создают одномодовые волоконные лазеры и лазеры на тонких дисках. В волоконных лазерах в качестве среды усиления используется стекло из диоксида кремния, легированное редкоземельными ионами, такими как иттербий или неодим, а в лазерах на тонких дисках используются кристаллы иттрий-алюминиевого граната, легированные ионами трехвалентного иттербия. Эти лазеры могут поддерживать очень высокое качество луча даже при мощности в несколько киловатт. При более низких уровнях мощности чрезвычайно высокое качество пучка может быть получено с помощью гелий-неоновых газовых лазеров и полупроводниковых лазеров с поверхностным излучением.

Другие компоненты конструкции лазера также важны для качества луча, такие как размер и конфигурация оптического резонатора лазера. Конструкции, которые вводят свет в усиливающую среду вдоль пути лазерного луча, метод, называемый конечной накачкой, обеспечивают более высокое качество луча, чем лазеры с боковой накачкой. Очистители мод могут быть использованы для улучшения качества луча, либо путем пропускания луча через одномодовое волокно, либо с помощью линзы для фокусировки неколлимированного луча через отверстие и во вторую линзу, которая реколлимирует луч.

На качество луча также влияет состояние компонентов лазера. Твердотельные лазеры могут страдать от пониженного качества, если на его поверхности имеются дефекты, которые могут вызывать искажения волнового фронта и рассеяние. Качество также ухудшается из-за смещения компонентов, которые могут быть вызваны механическими напряжениями, изменениями температуры в окружающей среде лазера или тепловым расширением от собственного тепла лазера. Недостатки объектива также могут повлиять на качество.