Perfilador de rayo láser
Un perfilador de rayos láser captura, muestra y registra el perfil de intensidad espacial de un rayo láser en un plano particular transversal a la ruta de propagación del rayo. Dado que hay muchos tipos de láseres ( ultravioleta , visible , infrarrojo , de onda continua , pulsado, de alta potencia, de baja potencia), existe una variedad de instrumentos para medir los perfiles de los rayos láser. Ningún perfilador de rayo láser puede manejar todos los niveles de potencia, duración del pulso, tasa de repetición, longitud de onda y tamaño del rayo.
Se desarrollaron instrumentos y técnicas para obtener las características del haz enumeradas anteriormente. Éstos incluyen:
A partir de 2002 [actualizar], los sistemas comerciales de medición de filo de navaja cuestan entre 5000 y 12 000 dólares estadounidenses y los perfiladores de haz CCD cuestan entre 4000 y 9000 dólares estadounidenses. [1] El costo de los perfiladores de haz CCD se ha reducido en los últimos años, principalmente debido a los menores costos de los sensores CCD de silicio y, a partir de 2008 [actualizar], se pueden encontrar por menos de $ 1000 USD.
El ancho del haz es la característica más importante de un perfil de haz láser. Al menos cinco definiciones de ancho de haz son de uso común: D4σ, 10/90 o 20/80 en filo de cuchillo, 1/e 2 , FWHM y D86. El ancho del haz D4σ es la definición estándar ISO y la medición del parámetro de calidad del haz M 2 requiere la medición de los anchos D4σ. [2] [3] [4] Las otras definiciones proporcionan información complementaria a la D4σ y se utilizan en diferentes circunstancias. La elección de la definición puede tener un gran efecto en el número de ancho de haz obtenido, y es importante utilizar el método correcto para cualquier aplicación dada. [5] Los anchos D4σ y de filo de cuchillo son sensibles al ruido de fondo en el detector, mientras que el 1/e2 y los anchos FWHM no lo son. La fracción de la potencia total del haz que abarca el ancho del haz depende de la definición que se utilice.
El parámetro M 2 es una medida de la calidad del haz; un valor M 2 bajo indica una buena calidad del haz y la capacidad de enfocarse en un punto estrecho. El valor M es igual a la relación entre el ángulo de divergencia del haz y el de un haz gaussiano con el mismo ancho de cintura D4σ . Dado que el haz gaussiano diverge más lentamente que cualquier otra forma de haz, el parámetro M 2 siempre es mayor o igual a uno. En el pasado se han usado otras definiciones de calidad de viga, pero la que usa anchos de segundo momento es la más comúnmente aceptada. [6]
La calidad del haz es importante en muchas aplicaciones. En las comunicaciones por fibra óptica se requieren haces con un M 2 cercano a 1 para el acoplamiento a fibra óptica monomodo . Los talleres de máquinas láser se preocupan mucho por el parámetro M 2 de sus láseres porque los rayos se enfocarán en un área que es M 4 veces más grande que la de un rayo gaussiano con la misma longitud de onda y un ancho de cintura D4σ antes de enfocar; en otras palabras, la fluencia escala como 1/M 4 . La regla general es que M 2 aumenta a medida que aumenta la potencia del láser. Es difícil obtener una calidad de haz excelente y una potencia promedio alta (100 W a kWs) debido a la lente térmica en el medio de ganancia del láser .
