Provozní režim laseru
Lasery mohou vyzařovat svazek světla, který s sebou nese trvalý konstantní výkon - tento režim se označuje jako kontinuální vlna (CW) a je nejběžnějším režimem provozu laseru. Lasery lze používat také v pulzním režimu. Pulzní lasery jsou charakterizovány počtem pulzů za sekundu (opakovací frekvence), celkovou energií laserového pulzu (energie pulzu), nejvyšším výkonem dosaženým pulzem (špičkový výkon) a délkou každého pulzu (doba trvání pulzu).
Stejně jako u CW laserů je výkon pulzního laseru v čase reprezentován jako průměrný výkon. Pulzní lasery, i když jejich průměrný výkon odpovídá výkonu CW laseru, působí na cílový materiál odlišně. Pulzní lasery se často používají ke zpracování dílů při minimalizaci tepelného dopadu na okolní materiál nebo v případech, kdy je zapotřebí vyšší špičkový výkon. Dlouhé pulzní kvazikontinuální lasery (QCW) využívají pulzy měřené v milisekundách s vysokými špičkovými výkony k napodobení zpracování CW laserem s menším tepelným vnosem a s nižším výkonem laseru. Nanosekundové a ultrarychlé (pikosekundové/femtosekundové) lasery využívají extrémně krátké pulzy pro aplikace mikrozpracování, kde není přípustný nadměrný tepelný příkon nebo kde jsou vyžadovány extrémně vysoké špičkové výkony.
Obecně lze říci, že CW lasery nabízejí nejvyšší průměrné výkony a v důsledku toho i nejvyšší rychlosti zpracování. Při rozhodování mezi CW a pulzním laserem je třeba zvážit mnoho faktorů, ale často je nejdůležitější vyvážit výkon a kvalitu dílů. Pro mnoho aplikací, jako je například řezání plechů, jsou výhodné výkonné CW lasery, které výrazně zvyšují rychlost řezání a nepotřebují bezchybnou kvalitu hran. Při řezání stohů ultratenkých fólií se však obvykle používají nanosekundové a ultrarychlé pulzní lasery, které zajišťují vynikající kvalitu hran a snižují nebo eliminují negativní tepelné efekty.
Vlevo: multi-módový profil svazku s větší velikostí spotu. Vpravo: profil single-módového svazku s menší velikostí spotu.
Velikost laserového bodu - spotu - a kvalita svazku
Když se laserový svazek dostane do kontaktu s cílovým materiálem, vytvoří oblast dopadajícího laserového světla stopu označovanou jako bod, resp. spot. Velikost spotu, obvykle měřená v µm, je rozhodujícím faktorem při určování charakteru interakce laseru s cílem. Velikost spotu lze řídit různými způsoby, včetně použití různých optických vláken a zaostřovacích čoček, změny vzdálenosti mezi dodávaným laserovým svazkem a cílem a použitím delších nebo kratších vlnových délek.
Zmenšení velikosti spotu umožňuje efektivnější využití výkonu laseru tak, že se soustředí energie svazku na menší plochu. Vyšší hustota energie umožňuje zvýšení rychlosti zpracování neboť se zkracuje doba, za kterou laserový svazek pronikne materiálem. Malá velikost spotu je také nezbytná pro aplikace mikrozpracování a pro díly, které mají jemné detaily. Pro mnoho aplikací, jako je například konstrukční svařování, je však optimální zvětšení velikosti spotu pro zpracování širší oblasti a zkrácení potřebné dráhy svazku.
Beam quality, typically measured in M2 for single-mode lasers (typical spot size: 20 to 50 µm) and Beam Parameter Product (BPP) for multi-mode lasers (typical spot size: 100+ µm), is an important and complex laser parameter that, in practice, represents how much a laser beam can be focused. Lower M2 and BPP values correspond with higher beam qualities. A beam quality of M2 = 1 means that the beam experiences no divergence and is considered perfect. Although this is not quite achievable with actual devices, industrial fiber lasers can reliably achieve beam qualities of M2 =< 1.1. For applications that require strongly focused beams like cutting, drilling, and welding, higher beam qualities improve processing speeds and qualities. Some applications, like wide area laser heat treatment and cleaning, do not require particularly high beam qualities, instead benefitting from less focused laser energy.
