Longitud de onda, potencia y energía, tasa de repetición, longitud de coherencia, etc., terminología láser.

Longitud de onda (unidades comunes: nm a µm):

La longitud de onda de un láser describe la frecuencia espacial de la onda luminosa emitida. La longitud de onda óptima para un caso de uso específico depende en gran medida de la aplicación. Durante el procesamiento de materiales, diferentes materiales tendrán características únicas de absorción de longitud de onda, lo que dará como resultado diferentes interacciones con los materiales. Asimismo, la absorción y la interferencia atmosféricas pueden afectar ciertas longitudes de onda de manera diferente en la teledetección, y en aplicaciones de láser médico, diferentes colores de piel absorberán ciertas longitudes de onda de manera diferente. Los láseres de longitud de onda más corta y la óptica láser tienen ventajas al crear características pequeñas y precisas que generan un calentamiento periférico mínimo debido a puntos enfocados más pequeños. Sin embargo, generalmente son más caros y más susceptibles a sufrir daños que los láseres de longitud de onda más larga.

Potencia y energía (unidades comunes: W o J):

La potencia del láser se mide en vatios (W), que se utiliza para describir la potencia óptica de salida de un láser de onda continua (CW) o la potencia promedio de un láser pulsado. Además, la característica del láser pulsado es que su energía de pulso es directamente proporcional a la potencia promedio e inversamente proporcional a la tasa de repetición del pulso. La unidad de energía es Joule (J).

Energía del pulso = tasa de repetición de potencia promedio. Energía del pulso = tasa de repetición de potencia promedio.

Los láseres con mayor potencia y energía son generalmente más caros y producen más calor residual. A medida que aumentan la potencia y la energía, mantener la calidad de las luces altas se vuelve cada vez más difícil.

Duración del pulso (unidades comunes: fs a ms):

La duración del pulso del láser o (es decir, el ancho del pulso) generalmente se define como el tiempo que tarda el láser en alcanzar la mitad de su potencia óptica máxima (FWHM). Los láseres ultrarrápidos se caracterizan por una duración de pulso corta, que va desde picosegundos (10 a 12 segundos) hasta attosegundos (10 a 18 segundos).

Tasa de repetición (unidades comunes: Hz a MHz):

La tasa de repetición de un láser pulsado, o frecuencia de repetición de pulsos, describe el número de pulsos emitidos por segundo, que es el recíproco del espaciado secuencial de los pulsos. Como se mencionó anteriormente, la tasa de repetición es inversamente proporcional a la energía del pulso y directamente proporcional a la potencia promedio. Aunque la tasa de repetición suele depender del medio de ganancia del láser, en muchos casos la tasa de repetición puede variar. Cuanto mayor sea la tasa de repetición, más corto será el tiempo de relajación térmica en la superficie de la óptica del láser y el punto enfocado final, lo que permitirá que el material se caliente más rápido.

Longitud de coherencia (unidades comunes: mm a cm):

Los láseres son coherentes, lo que significa que existe una relación fija entre los valores de fase del campo eléctrico en diferentes momentos o ubicaciones. Esto se debe a que la luz láser se produce mediante emisión estimulada, a diferencia de la mayoría de los otros tipos de fuentes de luz. La coherencia se debilita gradualmente a lo largo de la propagación, y la longitud de coherencia de un láser define la distancia sobre la cual su coherencia temporal mantiene una cierta calidad.

Polarización:

La polarización define la dirección del campo eléctrico de una onda luminosa, que siempre es perpendicular a la dirección de propagación. En la mayoría de los casos, la luz láser está polarizada linealmente, lo que significa que el campo eléctrico emitido siempre apunta en la misma dirección. La luz no polarizada produce campos eléctricos que apuntan en muchas direcciones diferentes. El grado de polarización suele expresarse como la relación de la potencia óptica de dos estados de polarización ortogonales, como 100:1 o 500:1.

Diámetro de la viga (unidades comunes: mm a cm):

El diámetro del haz de un láser representa la extensión lateral del haz, o el tamaño físico perpendicular a la dirección de propagación. Suele definirse en 1/e2 de ancho, es decir, el punto en el que la intensidad del haz alcanza 1/e2 (≈ 13,5%) de su valor máximo. En el punto 1/e2, la intensidad del campo eléctrico cae a 1/e (≈ 37%) de su valor máximo. Cuanto mayor sea el diámetro del haz, mayores serán la óptica y el sistema general necesarios para evitar el recorte del haz, lo que resulta en un mayor costo. Sin embargo, reducir el diámetro del haz aumenta la densidad de potencia/energía, lo que también puede tener efectos perjudiciales.

Potencia o densidad de energía (unidades comunes: W/cm2 a MW/cm2 o µJ/cm2 a J/cm2):

El diámetro del haz está relacionado con la densidad de potencia/energía del rayo láser (es decir, la potencia/energía óptica por unidad de área). Cuando la potencia o energía del haz es constante, cuanto mayor sea el diámetro del haz, menor será la densidad de potencia/energía. Los láseres de alta potencia/densidad de energía suelen ser el resultado final ideal del sistema (como en aplicaciones de corte o soldadura por láser), pero la baja densidad de potencia/energía del láser suele ser beneficiosa dentro del sistema, ya que evita daños inducidos por el láser. Esto también evita que las regiones de alta potencia/alta densidad de energía del haz ionicen el aire. Por estas razones, los expansores de haz se utilizan a menudo para aumentar el diámetro, reduciendo así la densidad de potencia/energía dentro del sistema láser. Sin embargo, se debe tener cuidado de no expandir el haz tanto que quede atrapado dentro de la apertura del sistema, lo que provocaría un desperdicio de energía y posibles daños.