Mitkä tekijät vaikuttavat säteen laatuun?

Laserfysiikassa säteen laatu viittaa siihen, kuinka hyvin lasersäde pysyy tarkennettuna. Mitä korkeampi laatu, sitä vähemmän palkin eroja. Säteen laatuun voivat vaikuttaa useat tekijät, kuten laserin komponenttien tyyppi ja laatu, käytetyn laservahvistusvälineen tyyppi, käytetty optinen pumppausmenetelmä, tehotaso ja laserin mekaaniset ja lämpörasitukset.

Säteen laadun ja säteen tehon välillä on kompromissi. Kun energiaa pumpataan laserin vahvistusväliaineeseen, jota laser käyttää valon vahvistamiseen, osa energiasta muuttuu lämmöksi. Liiallinen lämpö voi aiheuttaa väliaineen lämpötilagradienteja, jotka tuottavat lämpölinssivaikutuksen ja heikentävät säteen laatua. Tämä tekee käytetyn vahvistusvälineen tyypistä tärkeän.

Kaasulaserit ovat yleensä vähemmän alttiita lämpölinssille niiden materiaalin pienemmän tiheyden vuoksi, ja hiilidioksidilaserit voivat säilyttää korkean säteen laadun erittäin suurilla tehotasoilla. Puolijohdelasereista korkeimmat sädeominaisuudet tuottavat yksimuotoiset kuitulaserit ja ohutlevylaserit. Kuitulaserit käyttävät piidioksidilasia, joka on seostettu harvinaisten maametallien ioneilla, kuten ytterbiumilla tai neodyymillä, vahvistusväliaineenaan, ja ohutlevylaserit käyttävät yttrium-alumiinigranaattikiteitä, jotka on seostettu kolmiarvoisilla ytterbium-ioneilla. Nämä laserit voivat ylläpitää erittäin korkeaa säteen laatua jopa useiden kilowattien tehotasoilla. Pienemmillä tehotasoilla helium-neonkaasulaserit ja pintapäästöiset puolijohdelaserit voivat tuottaa erittäin korkeaa säteen laatua.

Muut lasersuunnittelun komponentit ovat myös tärkeitä säteen laadun kannalta, kuten laserin optisen resonaattorin koko ja kokoonpano. Suunnittelut, jotka ruiskuttavat valoa vahvistusväliaineeseen lasersäteen reittiä pitkin-tekniikka, jota kutsutaan loppupumppaukseksi, tuottavat paremman säteen laadun kuin sivupumppaavat laserit. Tilanpuhdistusaineita voidaan käyttää säteen laadun parantamiseen joko kulkemalla säde yksimuotoisen kuidun läpi tai käyttämällä linssiä keskittämättömäksi säteilevän keilan reiän läpi ja toiseen säteeseen uudelleensulkevaan linssiin.

Säteen laatuun vaikuttaa myös laserin osien kunto. Puolijohdelaserien laatu voi heikentyä, jos väliaineen pinnassa on vikoja, jotka voivat aiheuttaa aaltorintaman vääristymiä ja sirontaa. Laatua vahingoittavat myös väärin kohdistetut komponentit, jotka voivat johtua mekaanisista rasituksista, laserin ympäristön lämpötilan muutoksista tai laserin lämmön laajenemisesta. Myös linssivirheet voivat vaikuttaa laatuun.