Işın Kalitesini Etkileyen Hangi Faktörler?

Lazer fiziğinde, ışın kalitesi, bir lazer ışınının ne kadar iyi odaklandığını gösterir. Kalite ne kadar yüksek olursa, ışın içindeki sapma o kadar az olur. Işın kalitesi, lazer bileşenlerinin türü ve kalitesi, kullanılan lazer kazanım ortamı tipi, kullanılan optik pompalama yöntemi, güç seviyesi ve lazer üzerindeki mekanik ve ısıl gerilmeler gibi birçok faktörden etkilenebilir.

Işın kalitesi ile ışın gücü arasında bir denge var. Enerji, lazerin ışığı yükseltmek için kullandığı lazerin kazanç ortamına pompalandığında, enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür. Aşırı sıcaklık, ortamdaki termal merceklenme efekti yaratan ve ışın kalitesini düşüren sıcaklık değişimlerine neden olabilir. Bu, kullanılan kazanç ortamının türünü önemli kılar.

Gaz lazerleri ortamlarının düşük yoğunluğundan dolayı termal merceklenmeye karşı daha az hassas olma eğilimindedir ve karbondioksit lazerleri çok yüksek güç seviyelerinde yüksek ışın kalitesini koruyabilir. Katı hal lazerleri arasında en yüksek ışın kalitesi, tek modlu fiber lazerler ve ince disk lazerler tarafından üretilir. Fiber lazerler, kazanç ortamı olarak iterbiyum veya neodim gibi nadir toprak iyonları ile katkılı silikon dioksit cam kullanırlar ve ince diskli lazerler, üç değerlikli iterbiyum iyonlarıyla katkılı itriyum alüminyum garnet kristallerini kullanır. Bu lazerler birkaç kilovat gücünde bile çok yüksek ışın kalitesini koruyabilir. Düşük güç seviyelerinde, helyum-neon gaz lazerleri ve yüzey yayan yarı iletken lazerler tarafından çok yüksek ışın kalitesi üretilebilir.

Lazer tasarımının diğer bileşenleri, lazerin optik rezonatörünün boyutu ve yapılandırması gibi ışın kalitesi için de önemlidir. Son pompalama adı verilen bir teknik olan lazer ışınının yolu boyunca kazanç ortamına ışık enjekte eden tasarımlar, yan pompalama lazerlerinden daha yüksek ışın kalitesi üretir. Mod temizleyicileri, ışını tek modlu bir fiberden geçirerek veya ışınlanmamış bir ışını bir iğne deliğinden geçirerek ve ışını yeniden düzenleyen ikinci bir merceğe odaklamak için bir mercek kullanarak ışın kalitesini artırmak için kullanılabilir.

Işın kalitesi de, lazer bileşenlerinin durumundan etkilenir. Katı hal lazerleri, ortam yüzeyinde dalgalanma bozulmalarına ve saçılmalara neden olabilecek kusurlar varsa düşük kaliteden muzdarip olabilir. Kalite aynı zamanda mekanik gerilimler, lazerin ortamındaki sıcaklık değişimleri veya lazerin kendi ısısından kaynaklanan termal genleşmeden kaynaklanabilecek yanlış hizalanmış bileşenlerden de zarar görür. Lens kusurları da kaliteyi etkileyebilir.