Modo de funcionamiento del láser
Los láseres pueden emitir un haz de luz continuo con una potencia media constante. Este modo se denomina onda continua (OC) y es el más común. Los láseres también pueden funcionar en modo pulsado. Los láseres pulsados se caracterizan por los pulsos por segundo (frecuencia de repetición), la energía total del pulso láser (energía del pulso), la potencia máxima alcanzada por el pulso (potencia de pico) y la duración de cada pulso (duración del pulso).
Al igual que los láseres de onda continua, la potencia del láser pulsado a lo largo del tiempo se representa como potencia media. Los láseres pulsados, incluso cuando su potencia media coincide con la de un láser de CW, afectan al material objetivo de forma diferente. Los láseres pulsados se utilizan a menudo para procesar piezas minimizando el impacto térmico en el material circundante o cuando se necesita una potencia de pico más alta. Los láseres de onda cuasi continua (QCW) de pulso largo utilizan pulsos medidos en milisegundos con potencias pico elevadas para emular el procesamiento con láser CW con menos aporte de calor y con un láser de menor potencia. Los láseres de nanosegundos y ultrarrápidos (picosegundos/femtosegundos) aprovechan pulsos extremadamente cortos para aplicaciones de microprocesado en las que no es aceptable un aporte excesivo de calor o cuando se requieren potencias de pico extremadamente altas.
En general, los láseres de onda continua ofrecen las potencias medias más elevadas y, en consecuencia, las velocidades de procesamiento más rápidas. Hay que tener en cuenta muchas cosas a la hora de decidir entre un láser de CW y un láser pulsado, pero el equilibrio entre el rendimiento y la calidad de la pieza suele ser lo más importante. Muchas aplicaciones, como el corte de chapa metálica, se benefician de un láser CW de alta potencia para aumentar considerablemente la velocidad de corte y no necesitan una calidad de bordes impecable. Sin embargo, cuando se cortan pilas de láminas ultrafinas, se suelen utilizar láseres pulsados de nanosegundos y ultrarrápidos para garantizar una excelente calidad de los bordes y reducir o eliminar los efectos negativos del calor.
Izquierda: un perfil de haz multimodo con un tamaño de punto mayor. Derecha: perfil de haz monomodo con un tamaño de punto menor.
Tamaño del punto láser y calidad del haz
Cuando un rayo láser entra en contacto con el material objetivo, forma un área de luz láser denominada punto. El tamaño del punto, medido normalmente en µm, es un factor crítico para determinar cómo interactúa un láser con su objetivo. El tamaño del punto puede controlarse de varias formas, por ejemplo, utilizando diferentes fibras de emisión y lentes de enfoque, cambiando la distancia entre la emisión del haz y el objetivo, y utilizando longitudes de onda más largas o más cortas.
Al reducir el tamaño del punto, se aprovecha mejor la potencia del láser al concentrar la energía del haz en una zona más pequeña. Una mayor densidad de energía es útil para aumentar la velocidad de procesamiento al reducir el tiempo que tarda el rayo láser en atravesar el material. Los tamaños de punto pequeños también son esenciales para diversas aplicaciones de microprocesado y para piezas que requieren características finas. Sin embargo, para muchas aplicaciones como la soldadura estructural, aumentar el tamaño del punto es óptimo para procesar un área más amplia y reducir el recorrido necesario del haz.
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.
