Longueur d'onde, puissance et énergie, taux de répétition, longueur de cohérence, etc., terminologie laser.

Longueur d'onde (unités communes : nm à µm) :

La longueur d'onde d'un laser décrit la fréquence spatiale de l'onde lumineuse émise. La longueur d'onde optimale pour un cas d'utilisation spécifique dépend fortement de l'application. Lors du traitement des matériaux, différents matériaux auront des caractéristiques d'absorption de longueur d'onde uniques, entraînant différentes interactions avec les matériaux. De même, l’absorption atmosphérique et les interférences peuvent affecter différemment certaines longueurs d’onde en télédétection, et dans les applications laser médicales, différentes couleurs de peau absorberont certaines longueurs d’onde différemment. Les lasers à longueur d'onde plus courte et l'optique laser présentent l'avantage de créer des caractéristiques petites et précises qui génèrent un échauffement périphérique minimal en raison de points focalisés plus petits. Cependant, ils sont généralement plus chers et plus susceptibles d’être endommagés que les lasers à longueur d’onde plus longue.

Puissance et énergie (unités communes : W ou J) :

La puissance du laser est mesurée en watts (W), qui est utilisée pour décrire la puissance optique d'un laser à onde continue (CW) ou la puissance moyenne d'un laser pulsé. De plus, la particularité du laser pulsé est que son énergie d’impulsion est directement proportionnelle à la puissance moyenne et inversement proportionnelle au taux de répétition des impulsions. L'unité d'énergie est le Joule (J).

Énergie d'impulsion = taux de répétition de puissance moyen Énergie d'impulsion = taux de répétition de puissance moyen.

Les lasers ayant une puissance et une énergie plus élevées sont généralement plus chers et produisent plus de chaleur perdue. À mesure que la puissance et l’énergie augmentent, il devient de plus en plus difficile de maintenir la qualité des feux de route.

Durée d'impulsion (unités communes : fs à ms) :

La durée de l'impulsion laser ou (c'est-à-dire la largeur d'impulsion) est généralement définie comme le temps nécessaire au laser pour atteindre la moitié de sa puissance optique maximale (FWHM). Les lasers ultrarapides se caractérisent par des durées d'impulsion courtes, allant de la picoseconde (10 à 12 secondes) à l'attoseconde (10 à 18 secondes).

Taux de répétition (unités communes : Hz à MHz) :

Le taux de répétition d'un laser pulsé, ou fréquence de répétition des impulsions, décrit le nombre d'impulsions émises par seconde, qui est l'inverse de l'espacement séquentiel des impulsions. Comme mentionné précédemment, le taux de répétition est inversement proportionnel à l’énergie de l’impulsion et directement proportionnel à la puissance moyenne. Bien que le taux de répétition dépende généralement du milieu de gain du laser, dans de nombreux cas, le taux de répétition peut varier. Plus le taux de répétition est élevé, plus le temps de relaxation thermique à la surface de l'optique laser et au point final focalisé est court, permettant au matériau de chauffer plus rapidement.

Longueur de cohérence (unités communes : mm à cm) :

Les lasers sont cohérents, ce qui signifie qu'il existe une relation fixe entre les valeurs de phase du champ électrique à différents moments ou emplacements. En effet, la lumière laser est produite par émission stimulée, contrairement à la plupart des autres types de sources lumineuses. La cohérence s'affaiblit progressivement tout au long de la propagation, et la longueur de cohérence d'un laser définit la distance sur laquelle sa cohérence temporelle conserve une certaine qualité.

Polarisation:

La polarisation définit la direction du champ électrique d'une onde lumineuse, qui est toujours perpendiculaire à la direction de propagation. Dans la plupart des cas, la lumière laser est polarisée linéairement, ce qui signifie que le champ électrique émis pointe toujours dans la même direction. La lumière non polarisée produit des champs électriques qui pointent dans de nombreuses directions différentes. Le degré de polarisation est généralement exprimé comme le rapport de la puissance optique de deux états de polarisation orthogonaux, tels que 100 : 1 ou 500 : 1.

Diamètre du faisceau (unités communes : mm à cm) :

Le diamètre du faisceau d'un laser représente l'extension latérale du faisceau, ou la taille physique perpendiculaire à la direction de propagation. Elle est généralement définie à une largeur de 1/e2, c'est-à-dire le point auquel l'intensité du faisceau atteint 1/e2 (≈ 13,5 %) de sa valeur maximale. Au point 1/e2, l’intensité du champ électrique chute à 1/e (≈ 37 %) de sa valeur maximale. Plus le diamètre du faisceau est grand, plus les optiques et le système global requis sont grands pour éviter l'écrêtage du faisceau, ce qui entraîne une augmentation des coûts. Cependant, la réduction du diamètre du faisceau augmente la densité puissance/énergie, ce qui peut également avoir des effets néfastes.

Puissance ou densité énergétique (unités courantes : W/cm2 à MW/cm2 ou µJ/cm2 à J/cm2) :

Le diamètre du faisceau est lié à la densité puissance/énergie du faisceau laser (c'est-à-dire la puissance optique/énergie par unité de surface). Lorsque la puissance ou l’énergie du faisceau est constante, plus le diamètre du faisceau est grand, plus la densité puissance/énergie est faible. Les lasers à haute puissance/densité d'énergie constituent généralement le résultat final idéal du système (comme dans les applications de découpe laser ou de soudage au laser), mais la faible densité de puissance/énergie du laser est souvent bénéfique au sein du système, évitant les dommages induits par le laser. Cela empêche également les régions à haute puissance/haute densité d’énergie du faisceau d’ioniser l’air. Pour ces raisons, les expanseurs de faisceau sont souvent utilisés pour augmenter le diamètre, réduisant ainsi la densité puissance/énergie à l’intérieur du système laser. Il faut toutefois veiller à ne pas élargir le faisceau au point de le coincer dans l'ouverture du système, ce qui entraînerait un gaspillage d'énergie et des dommages possibles.