چگالی توان و چگالی انرژی لیزر

چگالی توان و چگالی انرژی لیزر

چگالی یک کمیت فیزیکی است که ما در زندگی روزمره با آن آشنا هستیم، چگالی که بیشتر با آن تماس داریم چگالی ماده است، فرمول ρ=m/v است، یعنی چگالی برابر است با جرم تقسیم بر حجم. اما چگالی توان و چگالی انرژی لیزر متفاوت است، در اینجا به جای حجم تقسیم بر مساحت است. توان همچنین تماس ما با مقادیر فیزیکی زیادی است، زیرا ما هر روز از برق استفاده می کنیم، الکتریسیته شامل توان می شود، واحد استاندارد بین المللی توان W است، یعنی J/s، نسبت انرژی و واحد زمان است، واحد استاندارد بین المللی انرژی J است. بنابراین چگالی توان مفهوم ترکیب توان و چگالی است، اما در اینجا به جای حجم، ناحیه تابش نقطه است، توان تقسیم بر ناحیه نقطه خروجی چگالی توان است، یعنی ، واحد چگالی توان W/m2 است و درمیدان لیزریاز آنجایی که ناحیه لکه تابش لیزر بسیار کوچک است، به طور کلی از W/cm2 به عنوان یک واحد استفاده می شود. چگالی انرژی با ترکیب انرژی و چگالی از مفهوم زمان حذف شده و واحد J/cm2 است. به طور معمول، لیزرهای پیوسته با استفاده از چگالی توان توصیف می شوند، در حالی کهلیزرهای پالسیبا استفاده از چگالی توان و چگالی انرژی توصیف می شوند.

هنگامی که لیزر عمل می کند، چگالی توان معمولا تعیین می کند که آیا به آستانه تخریب، یا تخریب یا سایر مواد عمل کننده رسیده است. آستانه مفهومی است که اغلب هنگام مطالعه برهمکنش لیزرها با ماده ظاهر می شود. برای مطالعه مواد برهمکنش لیزری پالس کوتاه (که می توان آن را مرحله us در نظر گرفت)، پالس فوق کوتاه (که می تواند مرحله ns در نظر گرفته شود) و حتی مواد برهمکنش لیزر فوق سریع (مرحله ps و fs)، محققان اولیه معمولا مفهوم چگالی انرژی را بپذیرید. این مفهوم، در سطح برهمکنش، نشان دهنده انرژی اثر بر هدف در واحد سطح است، در مورد لیزری با همان سطح، این بحث اهمیت بیشتری دارد.

همچنین آستانه ای برای چگالی انرژی تزریق تک پالس وجود دارد. این همچنین مطالعه برهمکنش لیزر-ماده را پیچیده تر می کند. با این حال، تجهیزات آزمایشی امروزی به طور مداوم در حال تغییر هستند، انواع عرض پالس، انرژی تک پالس، فرکانس تکرار و سایر پارامترها به طور مداوم در حال تغییر هستند و حتی نیاز به در نظر گرفتن خروجی واقعی لیزر در نوسانات انرژی پالس در مورد چگالی انرژی است. برای اندازه گیری، ممکن است خیلی ناهموار باشد. به طور کلی، می توان تقریباً در نظر گرفت که چگالی انرژی تقسیم بر عرض 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 زنگی یا گاوسی نباشد، و برخی از آنها توسط خواص خود لیزر که شکل بیشتری دارد تعیین می شود.

عرض پالس معمولاً با عرض نیم ارتفاع ارائه شده توسط اسیلوسکوپ (FWHM اوج کامل نیمه عرض) داده می شود که باعث می شود مقدار چگالی توان را از چگالی انرژی که زیاد است محاسبه کنیم. نصف ارتفاع و عرض مناسب تر باید با انتگرال، نصف ارتفاع و عرض محاسبه شود. هیچ تحقیق دقیقی در مورد اینکه آیا یک استاندارد تفاوت ظریف برای دانستن وجود دارد یا خیر وجود ندارد. برای خود چگالی توان، هنگام انجام محاسبات، معمولاً می توان از انرژی یک پالس برای محاسبه استفاده کرد، انرژی تک پالس / عرض پالس / مساحت نقطه. ، که توان میانگین مکانی است و سپس در 2 ضرب می شود، برای توان اوج فضایی (توزیع فضایی توزیع گاوس است که چنین رفتاری است، کلاه بالایی نیازی به انجام این کار ندارد) و سپس در یک عبارت توزیع شعاعی ضرب می شود. ، و کار شما تمام شد.