सामग्री प्रसंस्करण, लेजर सर्जरी, रिमोट सेंसिंग और विशेष रूप से विभिन्न अनुप्रयोगों मेंलेज़र मार्किंग, विभिन्न प्रकार की सामान्य लेजर प्रणालियाँ मौजूद हैं। इनमें से कई लेज़र सिस्टम प्रमुख पैरामीटर साझा करते हैं। इन मापदंडों के लिए सार्वभौमिक शर्तें स्थापित करने से गलत बयानी को रोका जा सकता है, और इन शर्तों को समझकर, आप अपनी एप्लिकेशन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए लेजर सिस्टम और घटकों को सही ढंग से निर्दिष्ट कर सकते हैं।
चित्र 1: एक सामान्य लेजर सामग्री प्रसंस्करण प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख, जिसमें लेजर प्रणाली के 10 प्रमुख मापदंडों को संबंधित संख्याओं द्वारा दर्शाया गया है
नंबर 1 तरंग दैर्ध्य: लेज़र की तरंग दैर्ध्य एक मूलभूत पैरामीटर है जो उत्सर्जित प्रकाश तरंग की स्थानिक आवृत्ति का वर्णन करता है। विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लेजर विभिन्न अनुप्रयोगों में भूमिका निभाते हैं। सामग्री प्रसंस्करण में, विभिन्न सामग्रियों में अलग-अलग तरंग दैर्ध्य के लिए अलग-अलग अवशोषण विशेषताएं होती हैं, इसलिए सामग्री के साथ बातचीत भी अलग होती है। कम तरंग दैर्ध्य वाले लेज़रों और लेज़र ऑप्टिक्स के पास कम परिधीय हीटिंग के साथ छोटी और सटीक विशेषताएं बनाने के फायदे हैं। हालाँकि, ये उपकरण आमतौर पर लंबी तरंग दैर्ध्य वाले लेज़रों की तुलना में अधिक महंगे और अधिक नाजुक होते हैं।
नंबर 2 पावर: लेजर शक्ति को आमतौर पर वाट (डब्ल्यू) में मापा जाता है, जिसका उपयोग निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) लेजर के ऑप्टिकल पावर आउटपुट या स्पंदित लेजर की औसत शक्ति का वर्णन करने के लिए किया जाता है। स्पंदित लेजर की विशेषता यह है कि उनकी स्पंद ऊर्जा औसत शक्ति के सीधे आनुपातिक और पुनरावृत्ति दर के व्युत्क्रमानुपाती होती है। ऊर्जा की इकाई जूल (J) है। इसलिए, औसत शक्ति को पुनरावृत्ति दर से विभाजित करके पल्स ऊर्जा की गणना की जा सकती है।
चित्र 2: पल्स ऊर्जा, पुनरावृत्ति दर और स्पंदित लेजर की औसत शक्ति के बीच संबंधों का एक दृश्य प्रतिनिधित्व उच्च शक्ति और ऊर्जा लेजर आमतौर पर अधिक महंगे होते हैं और अधिक अपशिष्ट गर्मी उत्पन्न करते हैं। जैसे-जैसे शक्ति और ऊर्जा बढ़ती है, उच्च बीम गुणवत्ता बनाए रखना अधिक कठिन होता जाता है।
NO.3 पल्स अवधि:लेज़र की पल्स अवधि या पल्स चौड़ाई को आमतौर पर लेज़र को उसकी अधिकतम ऑप्टिकल शक्ति के आधे (एफडब्ल्यूएचएम) तक पहुंचने में लगने वाले समय के रूप में परिभाषित किया जाता है। अल्ट्राफास्ट लेज़रों की विशेषता छोटी पल्स अवधि होती है, जो पिकोसेकंड (10-12 सेकंड) से लेकर एटोसेकंड ({{1%) सेकंड) तक होती है।
चित्र 3: स्पंदित लेजर का पल्स अंतराल पुनरावृत्ति दर का व्युत्क्रम है
NO.4 पुनरावृत्ति दर:स्पंदित लेजर की पुनरावृत्ति दर प्रति सेकंड उत्सर्जित दालों की संख्या का वर्णन करती है, जो दालों के बीच के समय अंतराल का व्युत्क्रम है। जो पहले उल्लेख किया गया था उसके विपरीत, पुनरावृत्ति दर नाड़ी ऊर्जा के विपरीत आनुपातिक और औसत शक्ति के सीधे आनुपातिक है। उच्च पुनरावृत्ति दर का मतलब है कि लेजर ऑप्टिकल तत्व की सतह और अंतिम केंद्रित स्थान का थर्मल विश्राम समय कम है, इसलिए सामग्री की हीटिंग दर तेज है।
NO.5 सुसंगतता लंबाई:लेज़रों में सुसंगतता होती है, जिसका अर्थ है कि अलग-अलग समय या स्थिति में विद्युत क्षेत्र के चरण मानों के बीच एक निश्चित संबंध होता है। यह विशेषता इस तथ्य से उत्पन्न होती है कि लेज़र उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा निर्मित होते हैं, जो अधिकांश अन्य प्रकार के प्रकाश स्रोतों से भिन्न होता है। यद्यपि प्रसार के दौरान लेजर की सुसंगतता धीरे-धीरे कमजोर हो जाएगी, लेजर की सुसंगतता लंबाई उस दूरी को परिभाषित करती है जिस पर इसकी समय सुसंगतता एक निश्चित स्तर पर बनी रहती है।
NO.6 ध्रुवीकरण:ध्रुवीकरण प्रकाश तरंग विद्युत क्षेत्र की दिशा को परिभाषित करता है, जो हमेशा प्रसार की दिशा के लंबवत होता है। ज्यादातर मामलों में, लेजर रैखिक रूप से ध्रुवीकृत होता है, यानी उत्सर्जित विद्युत क्षेत्र हमेशा एक ही दिशा में इंगित करता है। इसके विपरीत, गैर-ध्रुवीकृत प्रकाश कई अलग-अलग दिशाओं की ओर इशारा करते हुए विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करेगा। ध्रुवीकरण को आम तौर पर दो ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरण राज्यों के बीच प्रकाश शक्ति के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जाता है, जैसे 100:1 या 500:1।
NO.7 बीम व्यास: लेज़र का बीम व्यास बीम के पार्श्व विस्तार का वर्णन करता है, अर्थात, प्रसार की दिशा के लंबवत भौतिक आकार। आमतौर पर, बीम व्यास को 1/e² चौड़ाई पर परिभाषित किया जाता है, यानी वह बिंदु जहां बीम की तीव्रता अधिकतम मूल्य के 1/e² (लगभग 13.5%) तक पहुंच जाती है। इस बिंदु पर, विद्युत क्षेत्र की ताकत अधिकतम मूल्य के 1/ई (लगभग 37%) तक गिर जाती है। बीम व्यास जितना बड़ा होगा, बीम क्लिपिंग से बचने के लिए ऑप्टिकल घटकों और पूरे सिस्टम की आवश्यकता उतनी ही अधिक होगी, जिसके परिणामस्वरूप लागत में वृद्धि होगी। हालाँकि, बीम व्यास को कम करने से शक्ति/ऊर्जा घनत्व बढ़ जाएगा, जो प्रतिकूल प्रभाव भी लाएगा।
NO.8 शक्ति या ऊर्जा घनत्व: शक्ति या ऊर्जा घनत्व प्रति इकाई क्षेत्र में बीम शक्ति या ऊर्जा को संदर्भित करता है। बीम व्यास का शक्ति/ऊर्जा घनत्व से गहरा संबंध है। जब बीम की शक्ति या ऊर्जा स्थिर रहती है, तो बीम का व्यास जितना बड़ा होगा, शक्ति/ऊर्जा घनत्व उतना ही कम होगा। सामान्य तौर पर, उच्च शक्ति/ऊर्जा घनत्व वाले लेज़र सिस्टम के आदर्श अंतिम आउटपुट होते हैं, जैसे कि लेज़र कटिंग या लेज़र वेल्डिंग अनुप्रयोगों में। हालाँकि, कम शक्ति/ऊर्जा घनत्व वाले लेज़र आंतरिक रूप से सिस्टम के लिए फायदेमंद होते हैं, लेज़रों से होने वाले नुकसान को कम कर सकते हैं, और बीम के उच्च शक्ति/उच्च ऊर्जा घनत्व क्षेत्र को हवा को आयनित करने से रोक सकते हैं।
नंबर 9 बीम प्रोफ़ाइल: बीम प्रोफाइल क्रॉस सेक्शन पर बीम की वितरण तीव्रता का वर्णन करता है। सामान्य बीम प्रोफाइल में गॉसियन बीम और फ्लैट-टॉप बीम शामिल हैं, और उनके बीम प्रोफाइल क्रमशः गॉसियन और फ्लैट-टॉप फ़ंक्शन का पालन करते हैं। हालाँकि, क्योंकि लेजर के अंदर हमेशा एक निश्चित संख्या में हॉट स्पॉट या दोलन होते हैं, कोई भी लेजर एक आदर्श गॉसियन बीम या एक आदर्श फ्लैट-टॉप बीम का उत्पादन नहीं कर सकता है जो आदर्श बीम प्रोफाइल से पूरी तरह मेल खाता हो। लेज़र की वास्तविक बीम प्रोफ़ाइल और आदर्श बीम प्रोफ़ाइल के बीच का अंतर आमतौर पर कई माप संकेतकों (लेज़र के M² कारक सहित) द्वारा वर्णित किया जाता है।
NO.10 विचलन:हालाँकि लोग आमतौर पर सोचते हैं कि लेज़र बीम संघटित प्रकाश है, वास्तव में, लेज़र बीम में हमेशा एक निश्चित डिग्री का विचलन होगा। विचलन विवर्तन के कारण लंबी दूरी के प्रसार के बाद बीम कमर के सापेक्ष बीम के प्रसार की डिग्री का वर्णन करता है। लंबी कार्य दूरी वाले अनुप्रयोगों में, जैसे कि लेजर रडार सिस्टम, जहां लक्ष्य और लेजर सिस्टम सैकड़ों मीटर दूर हो सकते हैं, विचलन एक विशेष रूप से महत्वपूर्ण मुद्दा बन जाता है। बीम का विचलन आमतौर पर लेजर के आधे-कोण द्वारा परिभाषित किया जाता है, और गॉसियन बीम के विचलन कोण (θ) को λ के रूप में परिभाषित किया जाता है जो कि लेजर तरंग दैर्ध्य है, और w 0 लेजर बीम कमर है।
NO.11 स्पॉट आकार: स्पॉट आकार फोकस्ड लेजर बीम के स्पॉट व्यास का वर्णन करता है, जो फोकसिंग लेंस सिस्टम के फोकस पर स्थित होता है। कई अनुप्रयोगों में, जैसे सामग्री प्रसंस्करण और चिकित्सा सर्जरी में, हमारा लक्ष्य स्पॉट आकार को कम करना है। यह पावर घनत्व को अधिकतम कर सकता है और विशेष रूप से बढ़िया सुविधाएँ बना सकता है। गोलाकार विपथन को कम करने और स्पॉट आकार को कम करने के लिए पारंपरिक गोलाकार लेंस को बदलने के लिए अक्सर एस्फेरिकल लेंस का उपयोग किया जाता है। कुछ प्रकार के लेजर सिस्टम में, लेजर अंततः लेजर को एक स्थान पर केंद्रित नहीं करेगा, इसलिए इस मामले में, यह पैरामीटर लागू नहीं होता है।
चित्र 5: इटालियन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में लेजर माइक्रोमशीनिंग प्रयोगों से पता चलता है कि जब निरंतर प्रवाह पर स्पॉट का आकार 220 माइक्रोन से 9 माइक्रोन तक कम हो जाता है, तो नैनोसेकंड लेजर ड्रिलिंग सिस्टम की एब्लेशन दक्षता दस गुना बढ़ जाती है।
