چگالی توان و چگالی انرژی لیزر
چگالی یک کمیت فیزیکی است که ما در زندگی روزمره خود با آن بسیار آشنا هستیم، چگالی که بیشتر با آن در تماس هستیم، چگالی ماده است، فرمول آن ρ=m/v است، یعنی چگالی برابر است با جرم تقسیم بر حجم. اما چگالی توان و چگالی انرژی لیزر متفاوت هستند، در اینجا به جای حجم، بر مساحت تقسیم می‌شود. توان نیز به معنای تماس ما با بسیاری از کمیت‌های فیزیکی است، زیرا ما هر روز از برق استفاده می‌کنیم، برق شامل توان خواهد بود، واحد استاندارد بین‌المللی توان W است، یعنی J/s، که نسبت انرژی به واحد زمان است، واحد استاندارد بین‌المللی انرژی J است. بنابراین چگالی توان مفهوم ترکیب توان و چگالی است، اما در اینجا به جای حجم، مساحت تابش نقطه است، توان تقسیم بر مساحت نقطه خروجی، چگالی توان است، یعنی واحد چگالی توان W/m2 است، و در ...میدان لیزر، زیرا ناحیه تابش لیزر بسیار کوچک است، بنابراین معمولاً از W/cm2 به عنوان واحد استفاده می‌شود. چگالی انرژی از مفهوم زمان حذف شده و انرژی و چگالی را با هم ترکیب می‌کند و واحد آن J/cm2 است. معمولاً لیزرهای پیوسته با استفاده از چگالی توان توصیف می‌شوند، در حالی که ...لیزرهای پالسیبا استفاده از هر دو چگالی توان و چگالی انرژی توصیف می‌شوند.
وقتی لیزر عمل می‌کند، چگالی توان معمولاً تعیین می‌کند که آیا به آستانه‌ی تخریب، یا فرسایش یا سایر مواد فعال رسیده‌ایم یا خیر. آستانه مفهومی است که اغلب هنگام مطالعه‌ی برهمکنش لیزر با ماده ظاهر می‌شود. برای مطالعه‌ی مواد برهمکنش لیزری با پالس کوتاه (که می‌توان آن را مرحله‌ی us در نظر گرفت)، پالس فوق کوتاه (که می‌توان آن را مرحله‌ی ns در نظر گرفت) و حتی فوق سریع (مرحله‌ی ps و fs)، محققان اولیه معمولاً مفهوم چگالی انرژی را اتخاذ می‌کنند. این مفهوم، در سطح برهمکنش، نشان دهنده‌ی انرژی فعال بر روی هدف در واحد سطح است، در مورد لیزری با همان سطح، این بحث از اهمیت بیشتری برخوردار است.
همچنین آستانه‌ای برای چگالی انرژی تزریق تک پالس وجود دارد. این امر مطالعه برهمکنش لیزر-ماده را پیچیده‌تر می‌کند. با این حال، تجهیزات آزمایشگاهی امروزی دائماً در حال تغییر هستند، انواع پهنای پالس، انرژی تک پالس، فرکانس تکرار و سایر پارامترها دائماً در حال تغییر هستند و حتی نیاز به در نظر گرفتن خروجی واقعی لیزر در نوسانات انرژی پالس در مورد چگالی انرژی برای اندازه‌گیری، ممکن است خیلی تقریبی باشد. به طور کلی، می‌توان تقریباً در نظر گرفت که چگالی انرژی تقسیم بر پهنای پالس، چگالی توان متوسط زمانی است (توجه داشته باشید که زمان است، نه مکان). با این حال، بدیهی است که شکل موج واقعی لیزر ممکن است مستطیلی، موج مربعی یا حتی زنگوله‌ای یا گاوسی نباشد و برخی از آنها توسط خواص خود لیزر که شکل بیشتری دارد تعیین می‌شوند.
پهنای پالس معمولاً توسط پهنای نیم‌ارتفاع ارائه شده توسط اسیلوسکوپ (FWHM نیم‌ارتفاع پیک کامل) داده می‌شود، که باعث می‌شود مقدار چگالی توان را از چگالی انرژی که زیاد است محاسبه کنیم. نیم‌ارتفاع و پهنای مناسب‌تر باید توسط انتگرال، نیم‌ارتفاع و پهنای محاسبه شود. هیچ تحقیق دقیقی در مورد اینکه آیا استاندارد دقیقی برای دانستن وجود دارد یا خیر، انجام نشده است. برای خود چگالی توان، هنگام انجام محاسبات، معمولاً می‌توان از انرژی یک پالس واحد برای محاسبه، انرژی یک پالس واحد/پهنای پالس/مساحت نقطه‌ای، که میانگین توان مکانی است، استفاده کرد و سپس آن را در ۲ ضرب کرد تا توان پیک مکانی به دست آید (توزیع مکانی توزیع گاوس است، چنین روشی است، نیازی به انجام این کار نیست)، و سپس در یک عبارت توزیع شعاعی ضرب کرد، و کار تمام است.
زمان ارسال: ۱۲ ژوئن ۲۰۲۴