Πυκνότητα ισχύος και ενεργειακή πυκνότητα λέιζερ

Πυκνότητα ισχύος και ενεργειακή πυκνότητα λέιζερ

Η πυκνότητα είναι ένα φυσικό μέγεθος με το οποίο είμαστε πολύ εξοικειωμένοι στην καθημερινή μας ζωή, η πυκνότητα που επικοινωνούμε περισσότερο είναι η πυκνότητα του υλικού, ο τύπος είναι ρ=m/v, δηλαδή η πυκνότητα είναι ίση με τη μάζα διαιρούμενη με τον όγκο. Αλλά η πυκνότητα ισχύος και η ενεργειακή πυκνότητα του λέιζερ είναι διαφορετικές, εδώ διαιρούμενες με την περιοχή και όχι με τον όγκο. Η ισχύς είναι επίσης η επαφή μας με πολλά φυσικά μεγέθη, επειδή χρησιμοποιούμε ηλεκτρική ενέργεια καθημερινά, η ηλεκτρική ενέργεια θα περιλαμβάνει ισχύ, η διεθνής τυπική μονάδα ισχύος είναι W, δηλαδή J/s, είναι ο λόγος της ενέργειας και της μονάδας χρόνου, η διεθνής πρότυπη μονάδα ενέργειας είναι το J. Επομένως, η πυκνότητα ισχύος είναι η έννοια του συνδυασμού ισχύος και πυκνότητας, αλλά εδώ είναι η περιοχή ακτινοβολίας του σημείου και όχι ο όγκος, η ισχύς διαιρούμενη με την περιοχή του σημείου εξόδου είναι η πυκνότητα ισχύος, δηλαδή , η μονάδα πυκνότητας ισχύος είναι W/m2, και στοπεδίο λέιζερ, επειδή η περιοχή του σημείου ακτινοβολίας λέιζερ είναι αρκετά μικρή, επομένως γενικά χρησιμοποιείται ως μονάδα το W/cm2. Η ενεργειακή πυκνότητα αφαιρείται από την έννοια του χρόνου, συνδυάζοντας ενέργεια και πυκνότητα, και η μονάδα είναι J/cm2. Κανονικά, τα συνεχή λέιζερ περιγράφονται χρησιμοποιώντας πυκνότητα ισχύος, ενώπαλμικά λέιζερπεριγράφονται χρησιμοποιώντας τόσο την πυκνότητα ισχύος όσο και την ενεργειακή πυκνότητα.

Όταν το λέιζερ ενεργεί, η πυκνότητα ισχύος καθορίζει συνήθως εάν επιτυγχάνεται το κατώφλι για καταστροφή, απομάκρυνση ή άλλα ενεργά υλικά. Το κατώφλι είναι μια έννοια που εμφανίζεται συχνά κατά τη μελέτη της αλληλεπίδρασης των λέιζερ με την ύλη. Για τη μελέτη υλικών αλληλεπίδρασης λέιζερ μικρού παλμού (που μπορεί να θεωρηθεί ως το στάδιο ΗΠΑ), εξαιρετικά μικρού παλμού (που μπορεί να θεωρηθεί ως το στάδιο ns) και ακόμη και εξαιρετικά γρήγορου (στάδιο ps και fs) υλικών αλληλεπίδρασης λέιζερ, οι πρώτοι ερευνητές συνήθως υιοθετήσει την έννοια της ενεργειακής πυκνότητας. Αυτή η έννοια, στο επίπεδο της αλληλεπίδρασης, αντιπροσωπεύει την ενέργεια που δρα στον στόχο ανά μονάδα επιφάνειας, στην περίπτωση ενός λέιζερ του ίδιου επιπέδου, αυτή η συζήτηση είναι μεγαλύτερης σημασίας.

Υπάρχει επίσης ένα όριο για την ενεργειακή πυκνότητα της έγχυσης ενός παλμού. Αυτό καθιστά επίσης πιο περίπλοκη τη μελέτη της αλληλεπίδρασης λέιζερ-ύλης. Ωστόσο, ο σημερινός πειραματικός εξοπλισμός αλλάζει συνεχώς, μια ποικιλία από πλάτος παλμού, ενέργεια ενός παλμού, συχνότητα επανάληψης και άλλες παράμετροι αλλάζουν συνεχώς, και ακόμη χρειάζεται να ληφθεί υπόψη η πραγματική έξοδος του λέιζερ σε διακυμάνσεις ενέργειας παλμού στην περίπτωση της ενεργειακής πυκνότητας για μέτρηση, μπορεί να είναι πολύ τραχύ. Γενικά, μπορεί χονδρικά να θεωρηθεί ότι η ενεργειακή πυκνότητα διαιρούμενη με το πλάτος του παλμού είναι η μέση χρονική πυκνότητα ισχύος (σημειώστε ότι είναι χρόνος, όχι χώρος). Ωστόσο, είναι προφανές ότι η πραγματική κυματομορφή λέιζερ μπορεί να μην είναι ορθογώνια, τετράγωνο κύμα, ή ακόμα και καμπάνα ή Gaussian, και μερικές καθορίζονται από τις ιδιότητες του ίδιου του λέιζερ, το οποίο είναι πιο διαμορφωμένο.

Το πλάτος παλμού δίνεται συνήθως από το πλάτος μισού ύψους που παρέχεται από τον παλμογράφο (full peak half-width FWHM), το οποίο μας κάνει να υπολογίσουμε την τιμή της πυκνότητας ισχύος από την ενεργειακή πυκνότητα, η οποία είναι υψηλή. Το καταλληλότερο μισό ύψος και πλάτος θα πρέπει να υπολογίζονται από το ολοκλήρωμα, το μισό ύψος και το πλάτος. Δεν έχει διεξαχθεί λεπτομερής έρευνα για το εάν υπάρχει ένα σχετικό πρότυπο αποχρώσεων για τη γνώση. Για την ίδια την πυκνότητα ισχύος, όταν κάνουμε υπολογισμούς, είναι συνήθως δυνατό να χρησιμοποιηθεί μια ενέργεια παλμού για τον υπολογισμό, μια ενέργεια παλμού/πλάτος παλμού/περιοχή σημείου , που είναι η χωρική μέση ισχύς, και στη συνέχεια πολλαπλασιάζεται επί 2, για τη χωρική ισχύ αιχμής (η χωρική κατανομή είναι η κατανομή Gauss είναι μια τέτοια επεξεργασία, το top-hat δεν χρειάζεται να το κάνει) και στη συνέχεια πολλαπλασιάζεται με μια έκφραση ακτινικής κατανομής , Και τελειώσατε.