Vilka faktorer påverkar strålkvaliteten?

I laserfysik avser strålkvalitet hur väl en laserstråle förblir fokuserad. Ju högre kvalitet, desto mindre skillnad i strålen. Strålkvaliteten kan påverkas av ett antal faktorer, till exempel typ och kvalitet på laserkomponenterna, typen av laserförstärkningsmedium som används, den optiska pumpmetoden som används, effektnivån och de mekaniska och termiska spänningarna på lasern.

Det finns en avvägning mellan strålkvalitet och strålkraft. När energi pumpas in i lasers förstärkningsmedium, som lasern använder för att förstärka ljus, kommer en del av energin att omvandlas till värme. Överskottsvärme kan resultera i temperaturgradienter i mediet som ger en termisk linseffekt, vilket minskar strålens kvalitet. Detta gör den typ av vinstmedium som används viktigt.

Gaslasrar tenderar att vara mindre sårbara för termisk linsning på grund av deras lägre densitet och koldioxidlasrar kan upprätthålla hög strålkvalitet vid mycket höga effektnivåer. Bland lasrar med fast tillstånd produceras de högsta strålkvaliteterna av enlägesfiberlasrar och tunnskivlaser. Fiberlasrar använder kiseldioxidglas dopade med sällsynta jordartsjoner som ytterbium eller neodym som deras förstärkningsmedium, och tunnskivlasrar använder yttrium aluminium granatkristaller dopade med trivalenta ytterbiumjoner. Dessa lasrar kan upprätthålla mycket hög strålkvalitet även vid effektnivåer på flera kilowatt. Vid lägre effektnivåer kan extremt hög strålkvalitet produceras av helium-neon-gaslasrar och ytemitterande halvledarlasrar.

Andra komponenter i laserens design är också viktiga för strålkvalitet, såsom storleken och konfigurationen av laserens optiska resonator. Konstruktioner som injicerar ljus i förstärkningsmediet längs laserstrålens väg, en teknik som kallas slutpumpning, ger högre strålkvalitet än sidopumpande lasrar. Städrengörare kan användas för att förbättra strålkvaliteten antingen genom att leda strålen genom en enstegsfiber eller genom att använda en lins för att fokusera en okollimerad stråle genom ett nålhål och in i en andra lins som återberäknar strålen.

Strålkvaliteten påverkas också av laserns komponenter. Solid-state lasrar kan drabbas av minskad kvalitet om det finns defekter i ytan på dess medium, vilket kan orsaka vågfrontförvrängningar och spridning. Kvaliteten skadas också av felinställda komponenter, som kan orsakas av mekaniska spänningar, temperaturförändringar i lasermiljön eller termisk expansion från laserns egen värme. Linsfel kan också påverka kvaliteten.