Плътност на мощността и плътност на енергията на лазера
Плътността е физическа величина, с която сме много добре запознати в ежедневието си. Плътността, с която най-често се сблъскваме, е плътността на материала. Формулата е ρ=m/v, т.е. плътността е равна на масата, разделена на обема. Но плътността на мощността и енергийната плътност на лазера са различни, тук разделена на площта, а не на обема. Мощността е и нашият контакт с много физически величини, тъй като използваме електричество всеки ден. Електричеството включва мощност. Международната стандартна единица за мощност е W, т.е. J/s, което е съотношението на енергията и единицата за време. Международната стандартна единица за енергия е J. Така че плътността на мощността е концепцията за комбиниране на мощност и плътност, но тук е площта на облъчваното място, а не обемът. Мощността, разделена на площта на изходното място, е плътността на мощността, т.е. единицата за плътност на мощността е W/m2.лазерно поле, тъй като площта на лазерното облъчване е доста малка, обикновено се използва W/cm2 като единица. Плътността на енергията се премахва от понятието за време, комбинирайки енергия и плътност, и единицата е J/cm2. Обикновено непрекъснатите лазери се описват с помощта на плътност на мощността, докатоимпулсни лазериса описани с помощта както на плътност на мощността, така и на плътност на енергията.
Когато лазерът действа, плътността на мощността обикновено определя дали е достигнат прагът за разрушаване, аблация или други действащи материали. Прагът е концепция, която често се появява при изучаване на взаимодействието на лазерите с материята. За изучаване на къси импулси (които могат да се разглеждат като us етап), ултракъси импулси (които могат да се разглеждат като ns етап) и дори ултрабързи (ps и fs етапи) лазерно взаимодействащи материали, ранните изследователи обикновено възприемат концепцията за енергийна плътност. Тази концепция, на ниво взаимодействие, представлява енергията, действаща върху целта на единица площ, в случай на лазер на същото ниво, това обсъждане е от по-голямо значение.
Съществува и праг за енергийната плътност на инжектирането на единичен импулс. Това също прави изучаването на взаимодействието лазер-материя по-сложно. Съвременното експериментално оборудване обаче непрекъснато се променя, разнообразието от ширина на импулса, енергия на единичен импулс, честота на повторение и други параметри също се променят и дори необходимостта от вземане предвид на действителната мощност на лазера при колебания в енергията на импулса в случай на измерване на енергийната плътност може да е твърде груба. Обикновено може грубо да се приеме, че енергийната плътност, разделена на ширината на импулса, е средната във времето плътност на мощността (имайте предвид, че това е време, а не пространство). Очевидно е обаче, че действителната форма на вълната на лазера може да не е правоъгълна, квадратна или дори камбанова или Гаусова, а някои се определят от свойствата на самия лазер, който е по-оформен.
Ширината на импулса обикновено се дава от ширината на половин височина, осигурена от осцилоскопа (FWHM на половин ширина с пълен пик), което ни кара да изчисляваме стойността на плътността на мощността от плътността на енергията, която е висока. По-подходящото е половин височина и ширина да се изчисляват чрез интеграла, половин височина и ширина. Няма подробно проучване дали има съответен стандарт за нюанси, за да се знае това. За самата плътност на мощността, когато се правят изчисления, обикновено е възможно да се използва енергията на един импулс за изчисляване, енергията на един импулс/ширината на импулса/площта на петното, която е средната пространствена мощност, и след това да се умножи по 2 за пространствената пикова мощност (пространственото разпределение е Гаусово разпределение, което е такова третиране, Top-Hat не е необходимо да го прави), и след това да се умножи по израз за радиално разпределение. И сте готови.
Време на публикуване: 12 юни 2024 г.