Gęstość mocy i gęstość energii lasera

Gęstość mocy i gęstość energii lasera

Gęstość to wielkość fizyczna, którą dobrze znamy na co dzień. Gęstość, z którą mamy do czynienia najczęściej, to gęstość materiału, wzór to ρ=m/v, czyli gęstość jest równa masie podzielonej przez objętość. Ale gęstość mocy i gęstość energii lasera są różne, tutaj podzielone przez powierzchnię, a nie objętość. Moc to także nasz kontakt z wieloma wielkościami fizycznymi, ponieważ używamy energii elektrycznej każdego dnia, energia elektryczna będzie wiązać się z mocą, międzynarodową standardową jednostką mocy jest W, to znaczy J/s, to stosunek energii do jednostki czasu, międzynarodową standardową jednostką energii jest J. Zatem gęstość mocy to koncepcja połączenia mocy i gęstości, ale tutaj jest to obszar napromieniania plamki, a nie objętość, moc podzielona przez wyjściową powierzchnię plamki to gęstość mocy, to znaczy , jednostką gęstości mocy jest W/m2, a wpole laserowe, ponieważ obszar plamki napromieniowania laserowego jest dość mały, dlatego ogólnie jako jednostkę stosuje się W/cm2. Gęstość energii została usunięta z pojęcia czasu, łącząc energię i gęstość, a jednostką jest J/cm2. Zwykle lasery ciągłe opisywane są za pomocą gęstości mocy, natomiastlasery impulsowesą opisywane za pomocą zarówno gęstości mocy, jak i gęstości energii.

Kiedy laser działa, gęstość mocy zwykle określa, czy osiągnięty zostanie próg zniszczenia, ablacji lub innych działających materiałów. Próg to koncepcja, która często pojawia się przy badaniu interakcji laserów z materią. Do badania krótkich impulsów (które można uznać za etap amerykański), ultrakrótkich impulsów (które można uznać za etap ns), a nawet ultraszybkich (etap ps i fs) materiałów interakcji laserowych, pierwsi badacze zwykle przyjąć koncepcję gęstości energii. Pojęcie to na poziomie interakcji przedstawia energię działającą na cel na jednostkę powierzchni, w przypadku lasera o tym samym poziomie dyskusja ta ma większe znaczenie.

Istnieje również próg gęstości energii wtrysku pojedynczego impulsu. To również komplikuje badanie interakcji lasera z materią. Jednak dzisiejszy sprzęt eksperymentalny stale się zmienia, różnorodność szerokości impulsu, energia pojedynczego impulsu, częstotliwość powtarzania i inne parametry stale się zmieniają, a nawet trzeba wziąć pod uwagę rzeczywistą moc wyjściową lasera w przypadku wahań energii impulsu w przypadku gęstości energii zmierzyć, może być zbyt przybliżone. Ogólnie można z grubsza przyjąć, że gęstość energii podzielona przez szerokość impulsu to średnia gęstość mocy w czasie (należy pamiętać, że jest to czas, a nie przestrzeń). Jednakże oczywiste jest, że rzeczywisty kształt fali lasera może nie być prostokątny, prostokątny, a nawet dzwonowy lub gaussowski, a niektóre są określane przez właściwości samego lasera, który jest bardziej ukształtowany.

Szerokość impulsu jest zwykle podawana jako szerokość połowy wysokości podawana przez oscyloskop (pełna szerokość szczytowa FWHM), co powoduje, że wartość gęstości mocy obliczamy na podstawie gęstości energii, która jest duża. Bardziej odpowiednią połowę wysokości i szerokości należy obliczyć na podstawie całki, połowy wysokości i szerokości. Nie przeprowadzono szczegółowego badania, czy istnieje odpowiedni standard niuansów pozwalający poznać tę wiedzę. W przypadku samej gęstości mocy podczas wykonywania obliczeń zwykle można użyć energii pojedynczego impulsu do obliczenia, energii pojedynczego impulsu/szerokości impulsu/obszaru plamki , który jest przestrzenną średnią mocą, a następnie pomnożony przez 2, aby uzyskać przestrzenną moc szczytową (rozkład przestrzenny to rozkład Gaussa, jest to takie traktowanie, cylinder nie musi tego robić), a następnie pomnożony przez wyrażenie rozkładu promieniowego , I gotowe.