Kādi faktori ietekmē staru kūļa kvalitāti?

Lāzera fizikā stara kvalitāte attiecas uz to, cik labi lāzera stars paliek fokusēts. Jo augstāka kvalitāte, jo mazāka stara novirze. Stara kvalitāti var ietekmēt vairāki faktori, piemēram, lāzera komponentu veids un kvalitāte, izmantotās lāzera pastiprināšanas vides veids, izmantotā optiskā sūknēšanas metode, jaudas līmenis un lāzera mehāniskais un termiskais spriegums.

Pastāv kompromiss starp stara kvalitāti un staru kūļa jaudu. Kad enerģija tiek iesūknēta lāzera pastiprināšanas vidē, ko lāzers izmanto gaismas pastiprināšanai, daļa enerģijas pārvēršas siltumā. Pārmērīgs karstums vidē var izraisīt temperatūras gradientus, kas rada termisko lēcu efektu, samazinot staru kūļa kvalitāti. Tas padara izmantoto pastiprināšanas nesēja veidu svarīgu.

Gāzes lāzeri parasti ir mazāk jutīgi pret termisko lēcu, jo to nesēja blīvums ir mazāks, un oglekļa dioksīda lāzeri var uzturēt augstu staru kūļa kvalitāti ļoti augstā jaudas līmenī. No cietvielu lāzeriem visaugstākās staru īpašības nodrošina vienmoda šķiedru lāzeri un plāno disku lāzeri. Šķiedru lāzeros kā pastiprināšanas vidi izmanto silīcija dioksīda stiklu, kas leģēts ar retzemju joniem, piemēram, iterbija vai neodīma joniem, savukārt plānā diska lāzeros izmanto itrija alumīnija granāta kristālus, kas leģēti ar trīsvērtīgiem iterbija joniem. Šie lāzeri var uzturēt ļoti augstu staru kvalitāti pat pie vairāku kilovatu jaudas. Pie zemākiem jaudas līmeņiem ārkārtīgi augstu staru kvalitāti var radīt hēlija-neona gāzes lāzeri un virsmu izstarojošie pusvadītāju lāzeri.

Arī citas lāzera konstrukcijas sastāvdaļas ir svarīgas staru kūļa kvalitātei, piemēram, lāzera optiskā rezonatora izmērs un konfigurācija. Konstrukcijas, kas injicē gaismu pastiprināšanas vidē pa lāzera stara ceļu, ko sauc par gala sūknēšanu, nodrošina augstāku staru kvalitāti nekā sānu sūknēšanas lāzeri. Režīmu tīrīšanas līdzekļus var izmantot, lai uzlabotu staru kūļa kvalitāti, izlaižot staru caur viena režīma šķiedru vai izmantojot objektīvu, lai fokusētu nekolimētu staru caur adatu un uz otru objektīvu, kas atkārto staru.

Stara kvalitāti ietekmē arī lāzera komponentu stāvoklis. Cietvielu lāzeru kvalitāte var pasliktināties, ja to vides virsmā ir defekti, kas var izraisīt viļņu frontes traucējumus un izkliedi. Kvalitātei kaitē arī nepareizi izlīdzināti komponenti, ko var izraisīt mehānisks spriegums, temperatūras izmaiņas lāzera vidē vai termiskā izplešanās no paša lāzera siltuma. Objektīva trūkumi var ietekmēt arī kvalitāti.