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激光系统的关键参数

目录

1.激光设备的应用领域 1

??基本参数 2

??波长(典型单位：nm到μm) 2

??功率和能量(典型单位：W或J) 2

????脉冲持续时间(典型单位：fs到ms) 3

????重复率(典型单位：Hz到MHz) 4

????相干长度(典型单位：毫米到米) 4

????偏振 4

????光束直径(典型单位：mm至cm) 5

????功率或能量密度(典型单位：W/cm2至MW/cm2或μl/cm2至J/cm2) 5

????光束轮廓 5

??发散度(典型单位：mrad) 6

??光斑尺寸(典型单位：μm) 6

??工作距离(典型单位：μm到m) 7

3.激光的三个重要参数 7

3.1.激光波长： 7

3.2.激光功率： 8

3.3.激光线宽： 9

4.参数对激光设备应用的影响 9

1.激光设备的应用领域

激光设备具有许多优点，如高效、快速、精准等，在许多领域都有广泛的应用。下面列举其中几个应用领域：激光医疗、激光制造、激光通讯、激光测

量、激光材料加工等。

在材料加工、激光手术和遥感等各种应用中，有广泛的通用激光系统，但许多激光系统都有共同的关键参数。为这些参数建立通用术语可以防止沟通错

误，理解它们可以正确指定激光系统和组件，以满足应用需求。

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图1常见激光材料处理系统的示意图，其中激光系统的10个关键参数中的每

一个都用相应的数字表示

基本参数

以下基本参数是激光系统的最基本概念，也对理解更高级的要点至关重要。

波长(典型单位：nm到μm)

激光器的波长描述了发射光波的空间频率。给定用例的最佳波长高度依赖于应用。不同的材料在材料加工中会具有独特的波长依赖性吸收特性，导致与材料的相互作用不同。类似地，大气吸收和干扰在遥感中会对某些波长产生不同的影响，而在医疗激光应用中，各种络合物对某些波长的吸收也会不同。更短波长的激光器和激光光学器件有利于在最小的外围加热的情况下创建小而精确的特征，因为焦斑更小。然而，它们通常比更长波长的激光更昂贵，更容易

损坏。

功率和能量(典型单位：W或JD

激光器的功率以瓦特(W)为单位测量，用于描述连续波(CW)激光器的光功率输出或脉冲激光器的平均功率。脉冲激光器的特征还在于其脉冲能量，其与

平均功率成正比，与激光器的重复率成反比(图2)。能量以焦耳(J)为单位。

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PulseEnergy(pJ)

PulseEnergy(pJ)

Repetition

Rate(MHz)

图2脉冲激光的脉冲能量、重复率和平均功率之间关系的可视化表示

更高功率和能量的激光器通常更昂贵，并且它们产生更多的废热。随着功

率和能量的增加，保持高光束质量也变得越来越困难。

脉冲持续时间(典型单位：fs到ms)

激光脉冲持续时间或脉冲宽度通常定义为激光光功率与时间的半峰全宽

(FWHM)(图3)。超快激光器在包括精确材料加工和医用激光器在内的一系列应用中具有许多优点，其特征是脉冲持续时间短，约为皮秒(10-12秒)至阿秒(10-18

秒)。

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P(W)

公众号Time(s)

图3脉冲激光的脉冲在时间上被重复率的倒数分开

重复率(典型单位：Hz到MHz)

脉冲激光的重复率或脉冲重复频率描述了每秒发射的脉冲数或反向时间脉冲间隔(图3)。如前所述，重复率与脉冲能量成反比，与平均功率成正比。虽然重复率通常取决于激光增益介质，但在许多情况下它可以变化。更高的重复率

导致激光光学器件表面和最终聚焦点的热弛豫时间更短，这导致材料加热更快。

相干长度(典型单位：毫米到米)

激光是相干的，这意味着不同时间或位置的电场相位值之间存在固定的关系。这是因为与大多数其他类型的光源不同，激光是由受激发射产生的。相干在整个传播过程中退化，激光的相干长度定义了一段距离，在该距离上，激光

的时间相干保持在一定的质量。

偏振

偏振定义了光波电场的方向，它总是垂直于传播方向。在大多数情况下，激光将是线性偏振的，这意味着发射的电场始终指向同一方向。非偏振光将具有指向许多不同方向的电场。偏振度通常表示为两个正交偏振态的光焦度之比，

例如100:1或500:1。

光束参数

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以下参数表征激光束的形状和质量。

光束直径(典型单位：mm至cm)

激光器的光束直径表征光束的横向延伸，或其垂直于传播方向的物理尺寸。