ĐO CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG CỦA TIA LASER: ĐỊNH NGHĨA, MỤC ĐÍCH, SỰ CẦN THIẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO

Thiết bị laser tạo ra các chùm ánh sáng có cường độ rất cao, được hội tụ theo những quỹ đạo hẹp và có độ chính xác cực kỳ cao. Điều này mang lại cho laser những khả năng độc đáo, tuy nhiên giá trị thực tế và cách ứng dụng của một laser cụ thể lại phụ thuộc chủ yếu vào công suất đầu ra của nó.
Để đo công suất laser, không chỉ cần sử dụng các phương pháp đo phù hợp mà còn phải hiểu rõ định nghĩa, mục đích và các tác động của công suất laser. Bài viết này mang đến một cái nhìn chuyên sâu về những khía cạnh then chốt đó, qua đó làm nổi bật tầm quan trọng của việc đo công suất laser chính xác cũng như các kỹ thuật đa dạng được sử dụng cho nhiệm vụ này.

Video hướng dẫn sử dụng thiết bị đo công suất năng lượng laser của Ophir

I. Tại sao việc đo công suất năng lượng laser lại cần thiết?
Việc đo công suất, năng lượng của laser rất quan trọng cho an toàn, hiệu suất và kiểm soát quy trình. Các phép đo chính xác giúp ngăn ngừa các nguy hiểm như bỏng hoặc tổn thương mắt, đồng thời đảm bảo thiết bị hoạt động trong giới hạn an toàn và hiệu quả. Ngoài ra, trong các quy trình công nghiệp và sản xuất, công suất laser là thông số then chốt ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và giúp doanh nghiệp duy trì kết quả ổn định, đáng tin cậy.
Việc hiệu chuẩn các thiết bị đo công suất yêu cầu sử dụng laser hoặc nguồn sáng chuẩn có đầu ra ổn định, có khả năng truy xuất nguồn gốc và thường được chứng nhận bởi các phòng thí nghiệm tiêu chuẩn.

II. Khi nào cần đo công suất laser và khi nào cần đo năng lượng laser?
Việc lựa chọn đo công suất (W) hay năng lượng (J/mJ) phụ thuộc trực tiếp vào loại laser và ứng dụng.
Đo công suất laser (Công suất trung bình – Watts)áp dụng cho laser liên tục (CW) như khắc, cắt, hàn. Mục tiêu là kiểm soát mức năng lượng được cung cấp ổn định theo thời gian, đảm bảo hiệu suất và chất lượng gia công.
Đo năng lượng laser (Năng lượng xung – Joules/mJ)áp dụng cho laser xung (Pulsed Laser) như đánh dấu, xử lý bề mặt hoặc y tế. Phép đo này cho biết mỗi xung (shot) truyền bao nhiêu năng lượng, từ đó kiểm soát hiệu ứng nhiệt và độ chính xác.

Khi nào cần đo công suất laser (W)?

• Gia công liên tục: Cắt kim loại dày, hàn, khắc sâu; yêu cầu năng lượng ổn định (CO2, Fiber laser công suất cao).
• Khắc/đánh dấu vật liệu mỏng: Công suất thấp (20–60W) cho nhựa, nhôm, gỗ để tránh cháy xém hoặc biến dạng.
• Kiểm soát nhiệt: Ngăn vật liệu quá nhiệt, giữ đường cắt mịn và ổn định.

Khi nào cần đo năng lượng laser (J/mJ)?

• Laser xung (Pulsed): YAG, fiber xung dùng trong đánh dấu, khoan vi lỗ, xử lý bề mặt.
• Y tế & thẩm mỹ: Xóa xăm, xử lý da — yêu cầu năng lượng xung thấp và chính xác.
• Gia công tinh vi: Khắc chi tiết trên vật liệu nhạy cảm; cần kiểm soát năng lượng từng xung để tránh làm nóng chảy.

Cả hai loại phép đo đều quan trọng, giúp thiết bị laser hoạt động:

• Chính xác
• Ổn định
• An toàn
• Đạt chất lượng sản phẩm tối ưu

III. Cách đo công suất Laser
Bạn có thể thu được các phép đo công suất laser chính xác và đáng tin cậy bằng cách sử dụng kết hợp cảm biến (sensor) và bộ hiển thị/thiết bị đo (laser power meter).

Cảm biến được thiết kế để đặt trực tiếp vào chùm laser và tạo ra tín hiệu đầu ra tỷ lệ thuận với công suất / năng lượng laser. Bộ đo nhận tín hiệu này và xử lý thông qua các điều chỉnh analog và số nhằm đảm bảo độ chính xác. Các điều chỉnh đó có thể bao gồm việc bù sự sai khác giữa bước sóng hiệu chuẩn và bước sóng của laser đang đo.
Sau khi xử lý, thiết bị đo sẽ hiển thị kết quả cho người dùng. Một số bộ đo có màn hình tích hợp để hiển thị trực tiếp, trong khi các thiết bị khác có khả năng phân tích dữ liệu nâng cao nhưng cần được kết nối với PC để phân tích và xử lý dữ liệu.

IV. Những yếu tố cần xem xét khi lựa chọn phương pháp đo công suất năng lượng Laser
Có một số yếu tố quan trọng cần xem xét khi lựa chọn phương pháp phù hợp để đo công suất laser, bao gồm: loại laser (liên tục hay xung), dạng phép đo cần thực hiện (công suất trung bình hay năng lượng mỗi xung), dải công suất, và dải bước sóng.
Đối với laser xung có tần số lặp lại dưới 10 kHz và năng lượng mỗi xung ở mức mJ trở lên, cả cảm biến thermopile và cảm biến pyroelectric đều có thể phù hợp — tùy thuộc vào việc bạn cần đo công suất trung bình hay năng lượng từng xung.
Với các laser có tần số lặp lại cao hơn, cảm biến thermopile sẽ thường là lựa chọn phù hợp hơn để đo chính xác công suất trung bình.

V. Các biện pháp an toàn cần tuân thủ khi đo công suất Laser
Việc đảm bảo an toàn là rất quan trọng để bảo vệ con người và thiết bị khỏi các rủi ro tiềm ẩn khi đo công suất laser. Dưới đây là những biện pháp an toàn cần thực hiện:

• Luôn đeo kính bảo hộ laser phù hợp đúng bước sóng của laser đang sử dụng.
• Hiểu rõ phân loại laser và tuân thủ các hướng dẫn an toàn tương ứng với từng cấp độ.
• Giữ khoảng cách an toàn với chùm laser trong quá trình đo công suất.
• Hiệu chuẩn và bảo trì thiết bị đo công suất laser định kỳ để đảm bảo độ chính xác.
• Đảm bảo không gian làm việc thông thoáng để tản nhiệt và loại bỏ khí hoặc hạt độc hại có thể phát sinh trong quá trình vận hành laser.
• Đào tạo nhân sự tham gia đo công suất laser về quy trình và kiến thức an toàn laser.