Įvadas
Lazerio pluošto kolimacija yra pagrindinis daugelio analizės metodų aspektas, kai nuolatinės bangos (CW) lazeris dažnai naudojamas kaip sužadinimo šaltinis. Taikant tokius metodus kaip fluorescencija, Ramano sklaida, absorbcija ir Rayleigh sklaida, naudojami lazeriai energijai perduoti molekulėms, sužadinimui arba energijos ištraukimui. Lazerio tipo pasirinkimas yra labai svarbus, nes jis turi įtakos spindulio intensyvumo fokusavimui ir vienodumui. Didelės skiriamosios gebos ir vienodo apšvietimo reikalavimams užtikrinti būtini tam tikri CW lazerių tipai.
Analitiniams tikslams skirti CW lazerių tipai
CW lazeriai skiriasi savo tipu ir struktūra, pritaikyti įvairioms reikmėms visame matomo ir artimojo infraraudonųjų spindulių (NIR) spektre. Dominuoja du pagrindiniai tipai: diodiniai lazeriai ir diodiniai kietojo kūno (DPSS) lazeriai. Diodiniai lazeriai yra kompaktiškesni ir ekonomiškesni, o DPSS lazeriai dažnai užtikrina aukštesnę spindulio kokybę. Kiekvienas tipas gali būti sukonfigūruotas įvairiuose moduliuose, pvz., laisvos erdvės, vienmodžio pluošto (SMF), daugiamodio pluošto (MMF) ir poliarizaciją palaikančio pluošto (PMF). Žemiau esančioje lentelėje palyginamos diodinių ir DPSS lazerių kolimacijos metodų savybės.
CW lazerio erdviniai režimai
CW lazeriai veikia arba vienu erdviniu režimu (SM) arba keliais erdviniais režimais (MM), kurie taip pat vadinami „skersiniais“ arba „spindulio režimais“. Šie režimai turi įtakos spindulio profiliui ir yra labai svarbūs nustatant fokusavimą ir pluošto kokybę. Lazeriai dažnai parenkami pagal numatytą pritaikymą, nes SM lazeriai paprastai užtikrina geresnę pluošto kokybę ir fokusavimą, o MM lazeriai suteikia didesnę galią.
Kolimacijos lazerio spinduliu metodai
Spindulio kolimacija apima lazerio išėjimo koregavimą, kad būtų sumažintas skirtumas. Tai ypač svarbu atliekant mikroskopiją ir spektroskopiją, kur skirtumai turi būti mažesni nei 2 mrad. Pavyzdžiui, trumposios ertmės diodiniai lazeriai sukuria labai skirtingus spindulius, kuriuos reikia kolimuoti. Paprasčiausias būdas naudoti vieną asferinį lęšį, kad sumažintų skirtumus; tačiau, siekiant didesnio tikslumo ir valdymo spindulio dydžio, dažnai naudojamos sudėtingesnės konfigūracijos, pvz., dviejų lęšių sistemos, taip pat žinomos kaip teleskopai.
Paprasčiausias būdas kolimuoti lazerio spindulį yra naudoti vieną asferinį lęšį. Objektyvo židinio nuotolis tiesiogiai veikia spindulio skersmenį po kolimacijos, o ilgesnis židinio nuotolis sukuria didesnį pluošto skersmenį. Šis metodas yra plačiai naudojamas dėl savo paprastumo, nors jis gali sukelti nukrypimų, jei jis nėra tinkamai suderintas.
Dviejų lęšių sistemos
Dviejų lęšių sistema arba teleskopas naudoja vieną neigiamą ir vieną teigiamą lęšį, kad kolimuotų ir išplėstų arba sumažintų spindulį. Ši sąranka yra palanki tais atvejais, kai reikia tiksliai valdyti spindulio spindulį, ir yra ypač naudinga gerinant spindulio kokybę ir mažinant astigmatizmą diodinio lazerio spinduliuose.
Sijos kokybė ir matavimas
Lazerio spindulio kokybė dažnai vertinama naudojant pluošto kokybės koeficientą M², kuris matuoja, kiek spindulys artimas Gauso profiliui. M² vertė 1 rodo idealų Gauso pluoštą, o didesnės vertės reiškia nukrypimus. Mažos galios DPSS lazeriai paprastai pasižymi aukšta spindulių kokybe ir mažais M² koeficientais, o didelės galios DPSS lazeriai ir diodiniai lazeriai dėl šiluminių efektų dažniausiai turi prastesnę spindulio kokybę.
Elipsinių lazerio spindulių cirkuliacija
Diodiniai lazeriai paprastai skleidžia elipsinio skerspjūvio spindulius, todėl tam tikroms reikmėms reikia atlikti papildomus veiksmus, kad spindulį būtų galima apvalinti. Viename iš būdų naudojami du stačiakampiai cilindriniai lęšiai, skirti spręsti skirtumus išilgai skirtingų ašių, todėl pluošto profilis yra apskritesnis. Kitas metodas apima anamorfines prizmes, kurios koreguoja pluošto formą išplečiant arba suspaudžiant vieną ašį. Kiekvienas metodas turi savo privalumų ir apribojimų, kaip parodyta lentelėje.
Nukreipimo stabilumas ir spindulio profilio homogeniškumas
Spindulio nukreipimo stabilumas yra būtinas toms programoms, kurioms reikalingas didelis tikslumas. Tokie veiksniai kaip mechaninė vibracija ir komponentų šiluminis plėtimasis gali sukelti pluošto svyravimus. Kruopštus optinių elementų išlygiavimas ir šildomų komponentų temperatūros kontrolė yra labai svarbūs siekiant sumažinti nukreipimo nestabilumą.
Nepaisant to, kad kartais artimojo lauko spindulių profilis yra prastas, diodiniai lazeriai gali pasiekti gerą fokusavimą didesniu atstumu. Atliekant griežtus bandymus, buvo įrodyta, kad lazerio spinduliai tampa vienodesni ir tampa labiau apskriti šalia židinio taško, todėl juos galima naudoti tais atvejais, kai reikia didelio fokusavimo.
Paskutinės mintys
Lazerio kolimacijos metodai labai skiriasi priklausomai nuo lazerio tipo ir taikymo reikalavimų. Diodiniai lazeriai yra ekonomiškas sprendimas daugeliu atvejų, tačiau norint užtikrinti optimalią spindulio kokybę, gali prireikti papildomų komponentų. DPSS lazeriai, nors ir brangesni, siūlo puikią pluošto kokybę ir fokusavimą. Integruota optika suteikia daugybę kolimacijos parinkčių su šviesolaidžiais sujungtais sprendimais didelės paklausos programoms. Galiausiai renkantis diodinius ir DPSS lazerius reikėtų atsižvelgti į tokius veiksnius kaip pluošto kokybė, fokusavimas ir biudžeto apribojimai.
