Modo de funcionamiento del láser
Los láseres pueden emitir un haz de luz continuo para generar un flujo constante de potencia media; este modo se denomina onda continua (CW) y es el modo de funcionamiento más común de los láseres. Los láseres también pueden utilizarse 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 pico) y la duración de cada pulso (duración del pulso).
Al igual que los láseres CW, la potencia de salida 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 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 máxima más alta. Los láseres de onda cuasi continua (QCW) de pulso largo utilizan pulsos medidos en milisegundos con potencias máximas elevadas para emular el procesamiento del láser CW con menos aporte de calor y con un láser de menor potencia. Los láseres de nanosegundos y ultrarrápidos (picosegundos/femtosegundos) aprovechan los pulsos extremadamente cortos para aplicaciones de microprocesamiento en las que no se acepta un aporte excesivo de calor o cuando se requieren potencias máximas extremadamente altas.
En términos generales, los láseres CW ofrecen las potencias medias más altas y, como resultado, las velocidades de procesamiento más rápidas. Hay muchos factores que se deben tener en cuenta a la hora de decidir entre un láser CW y un láser pulsado, pero lo más importante suele ser encontrar el equilibrio entre el rendimiento y la calidad de las piezas. Muchas aplicaciones, como el corte de chapa metálica, se benefician de los láseres CW de alta potencia, ya que aumentan considerablemente la velocidad de corte y no requieren una calidad de borde impecable. Sin embargo, cuando se cortan pilas de láminas ultrafinas, se suelen utilizar láseres pulsados ultrarrápidos y de nanosegundos para garantizar una excelente calidad de borde y reducir o eliminar los efectos negativos del calor.
Izquierda: 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 una zona de luz láser denominada «punto». El tamaño del punto, que suele medirse en µm, es un factor crítico para determinar cómo interactúa el láser con su objetivo. El tamaño del punto se puede controlar de diversas formas, entre ellas, utilizando diferentes fibras de transmisión y lentes de enfoque, cambiando la distancia entre la transmisión del rayo 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, ya que la energía del haz se concentra en un área más pequeña. Una mayor densidad de energía es útil para aumentar la velocidad de procesamiento, ya que se reduce el tiempo que tarda el rayo láser en perforar el material. Los puntos de tamaño pequeño también son esenciales para diversas aplicaciones de microprocesamiento y para piezas que requieren características precisas. Sin embargo, para muchas aplicaciones, como la soldadura estructural, es mejor aumentar el tamaño del punto para procesar un área más amplia y reducir el recorrido del rayo.
Calidad del haz, normalmente medida en M.2 para láseres monomodo (tamaño típico del punto: 20 a 50 µm) y el producto de los parámetros del haz (BPP) para láseres multimodo (tamaño típico del punto: 100+ µm), es un parámetro láser importante y complejo que, en la práctica, representa cuánto se puede enfocar un rayo láser. M más bajo2 y los valores BPP se corresponden con calidades de haz más altas. Una calidad de haz de M2 = 1 significa que el haz no experimenta divergencia y se considera perfecto. Aunque esto no es del todo posible con los dispositivos actuales, los láseres de fibra industriales pueden alcanzar de forma fiable calidades de haz de 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.
