Densitatea de putere și densitatea de energie a laserului

Densitatea de putere și densitatea de energie a laserului

Densitatea este o mărime fizică cu care suntem foarte familiarizați în viața de zi cu zi. Densitatea cu care intrăm în contact cel mai des este densitatea materialului, formula fiind ρ=m/v, adică densitatea este egală cu masa împărțită la volum. Însă densitatea de putere și densitatea de energie a laserului sunt diferite, aici împărțite la arie și nu la volum. Puterea este, de asemenea, contactul nostru cu multe mărimi fizice. Deoarece folosim electricitatea în fiecare zi, electricitatea implică putere. Unitatea standard internațională de putere este W, adică J/s, care este raportul dintre energie și unitatea de timp. Unitatea standard internațională de energie este J. Deci, densitatea de putere este conceptul de combinare a puterii și densității, dar aici este aria de iradiere a spotului și nu volumul. Puterea împărțită la aria spotului de ieșire este densitatea de putere, adică unitatea de densitate de putere este W/m2.câmp laser, deoarece aria spotului de iradiere cu laser este destul de mică, în general se folosește ca unitate W/cm2. Densitatea de energie este eliminată din conceptul de timp, combinând energia și densitatea, iar unitatea este J/cm2. În mod normal, laserele continue sunt descrise folosind densitatea de putere, în timp celasere pulsatesunt descrise folosind atât densitatea de putere, cât și densitatea de energie.

Când laserul acționează, densitatea de putere determină de obicei dacă se atinge pragul pentru distrugerea, ablația sau alte materiale active. Pragul este un concept care apare adesea atunci când se studiază interacțiunea laserelor cu materia. Pentru studiul materialelor cu interacțiune laser cu impulsuri scurte (care pot fi considerate etapa us), impulsuri ultra-scurte (care pot fi considerate etapa ns) și chiar ultra-rapide (etapa ps și fs), cercetătorii timpurii adoptă de obicei conceptul de densitate de energie. Acest concept, la nivelul interacțiunii, reprezintă energia care acționează asupra țintei pe unitatea de suprafață; în cazul unui laser de același nivel, această discuție are o semnificație mai mare.

Există, de asemenea, un prag pentru densitatea de energie a injecției cu un singur impuls. Acest lucru complică și studiul interacțiunii laser-materie. Cu toate acestea, echipamentele experimentale actuale sunt în continuă schimbare, o varietate de parametri precum lățimea impulsului, energia unui singur impuls, frecvența de repetiție și alți parametri se modifică constant, și chiar dacă este necesar să se ia în considerare puterea reală a laserului în timpul unui impuls, fluctuațiile de energie în cazul măsurării densității de energie pot fi prea aproximative. În general, se poate considera aproximativ că densitatea de energie împărțită la lățimea impulsului este densitatea medie de putere în timp (rețineți că este vorba de timp, nu de spațiu). Cu toate acestea, este evident că forma de undă reală a laserului poate să nu fie dreptunghiulară, pătrată sau chiar de tip clopot sau gaussian, iar unele sunt determinate de proprietățile laserului în sine, care are o formă mai amplă.

Lățimea impulsului este de obicei dată de lățimea la jumătate de înălțime furnizată de osciloscop (FWHM pe jumătate de lățime a vârfului complet), ceea ce ne determină să calculăm valoarea densității de putere din densitatea de energie, care este mare. Semi-înălțimea și lățimea mai potrivite ar trebui calculate prin integrală, semi-înălțime și lățime. Nu a existat nicio investigație detaliată cu privire la existența unui standard de nuanță relevant pentru a cunoaște densitatea de putere. Pentru densitatea de putere în sine, atunci când se fac calcule, este de obicei posibil să se utilizeze o singură energie a impulsului pentru a calcula, o singură energie a impulsului/lățime a impulsului/aria spotului, care este puterea medie spațială, și apoi înmulțită cu 2, pentru puterea de vârf spațială (distribuția spațială este distribuția Gauss este un astfel de tratament, nu este nevoie ca top-hat să facă acest lucru), și apoi înmulțită cu o expresie de distribuție radială, și ați terminat.