Πυκνότητα ισχύος και ενεργειακή πυκνότητα του λέιζερ

Πυκνότητα ισχύος και ενεργειακή πυκνότητα του λέιζερ

Η πυκνότητα είναι μια φυσική ποσότητα με την οποία είμαστε πολύ εξοικειωμένοι στην καθημερινή μας ζωή. Η πυκνότητα με την οποία έρχουμε σε επαφή περισσότερο είναι η πυκνότητα του υλικού. Ο τύπος είναι ρ=m/v, δηλαδή η πυκνότητα ισούται 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 πολλές φυσικές ποσότητες. Επειδή χρησιμοποιούμε ηλεκτρική ενέργεια κάθε μέρα, η ηλεκτρική ενέργεια θα περιλαμβάνει ισχύ. Η διεθνής πρότυπη μονάδα ισχύος είναι W, δηλαδή, J/s, είναι ο λόγος της ενέργειας και της μονάδας χρόνου. Η διεθνής πρότυπη μονάδα ενέργειας είναι J. Έτσι, 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.πεδίο λέιζερ, επειδή η περιοχή της κηλίδας ακτινοβολίας λέιζερ είναι αρκετά μικρή, γενικά χρησιμοποιείται ως μονάδα το W/cm2. Η ενεργειακή πυκνότητα αφαιρείται από την έννοια του χρόνου, συνδυάζοντας την ενέργεια και την πυκνότητα, και η μονάδα είναι J/cm2. Κανονικά, τα συνεχή λέιζερ περιγράφονται χρησιμοποιώντας πυκνότητα ισχύος, ενώπαλμικά λέιζερπεριγράφονται χρησιμοποιώντας τόσο πυκνότητα ισχύος όσο και πυκνότητα ενέργειας.

Όταν το λέιζερ δρα, η πυκνότητα ισχύος συνήθως καθορίζει εάν επιτυγχάνεται το όριο για την καταστροφή, την αφαίρεση ή την αφαίρεση άλλων δρώντων υλικών. Το όριο είναι μια έννοια που εμφανίζεται συχνά κατά τη μελέτη της αλληλεπίδρασης των λέιζερ με την ύλη. Για τη μελέτη υλικών αλληλεπίδρασης λέιζερ βραχείας παλμικής κίνησης (η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως το στάδιο us), εξαιρετικά βραχείας παλμικής κίνησης (η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως το στάδιο ns), ακόμη και εξαιρετικά γρήγορων (στάδια ps και fs), οι πρώτοι ερευνητές συνήθως υιοθετούν 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 έχει μεγαλύτερη σημασία.

Υπάρχει επίσης ένα όριο για την ενεργειακή πυκνότητα της έγχυσης ενός παλμού. Αυτό καθιστά επίσης τη μελέτη της αλληλεπίδρασης λέιζερ-ύλης πιο περίπλοκη. Ωστόσο, ο σημερινός πειραματικός εξοπλισμός αλλάζει συνεχώς, μια ποικιλία από πλάτος παλμού, ενέργεια ενός παλμού, συχνότητα επανάληψης και άλλες παράμετροι αλλάζουν συνεχώς, και ακόμη και αν χρειαστεί να ληφθεί υπόψη η πραγματική έξοδος του λέιζερ σε έναν παλμό, οι διακυμάνσεις της ενέργειας στην περίπτωση της ενεργειακής πυκνότητας για μέτρηση μπορεί να είναι πολύ πρόχειρες. Γενικά, μπορεί να θεωρηθεί χονδρικά ότι η ενεργειακή πυκνότητα διαιρούμενη με το πλάτος παλμού είναι η μέση πυκνότητα ισχύος χρόνου (σημειώστε ότι πρόκειται για χρόνο, όχι για χώρο). Ωστόσο, είναι προφανές ότι η πραγματική κυματομορφή του λέιζερ μπορεί να μην είναι ορθογώνια, τετράγωνη, ή ακόμα και καμπάνα ή Γκαουσιανή, και ορισμένες καθορίζονται από τις ιδιότητες του ίδιου του λέιζερ, το οποίο έχει περισσότερο σχήμα.

Το πλάτος του παλμού συνήθως δίνεται από το πλάτος μισού ύψους που παρέχεται από τον παλμογράφο (πλήρες πλάτος κορυφής FWHM), το οποίο μας αναγκάζει να υπολογίσουμε την τιμή της πυκνότητας ισχύος από την πυκνότητα ενέργειας, η οποία είναι υψηλή. Το πιο κατάλληλο μισό ύψος και πλάτος θα πρέπει να υπολογίζεται από το ολοκλήρωμα, το μισό ύψος και το μισό πλάτος. Δεν έχει διερευνηθεί λεπτομερώς εάν υπάρχει κάποιο σχετικό πρότυπο απόχρωσης για τη γνώση. Για την ίδια την πυκνότητα ισχύος, όταν κάνουμε υπολογισμούς, είναι συνήθως δυνατό να χρησιμοποιήσουμε μια ενέργεια ενός παλμού για να υπολογίσουμε, μια ενέργεια ενός παλμού/πλάτος παλμού/εμβαδόν σημείου, η οποία είναι η χωρική μέση ισχύς, και στη συνέχεια να πολλαπλασιάσουμε επί 2, για την χωρική μέγιστη ισχύ (η χωρική κατανομή είναι η κατανομή Gauss είναι μια τέτοια επεξεργασία, το top-hat δεν χρειάζεται να το κάνει) και στη συνέχεια να πολλαπλασιάσουμε με μια έκφραση ακτινικής κατανομής. Και τελειώσατε.