Laserin tehotiheys ja energiatiheys

Laserin tehotiheys ja energiatiheys

Tiheys on fysikaalinen suure, jonka tunnemme hyvin jokapäiväisessä elämässämme, tiheys, johon kosketamme eniten, on materiaalin tiheys, kaava on ρ=m/v, eli tiheys on yhtä suuri kuin massa jaettuna tilavuudella. Mutta laserin tehotiheys ja energiatiheys ovat erilaisia, tässä jaettuna pinta-alalla tilavuuden sijaan. Teho on myös kontaktimme monien fyysisten suureiden kanssa, koska käytämme sähköä päivittäin, sähköön tulee tehoa, tehon kansainvälinen standardiyksikkö on W eli J/s on energian ja aikayksikön suhde. Kansainvälinen standardi energiayksikkö on J. Tehon tiheys on siis tehon ja tiheyden yhdistämisen käsite, mutta tässä on pisteen säteilytysalue tilavuuden sijaan, teho jaettuna lähtöpistealueella on tehotiheys, eli , tehon yksikkö tiheys on W/m2, jalaserkenttä, koska lasersäteilytyspistealue on melko pieni, joten yleensä W/cm2 käytetään yksikkönä. Energiatiheys on poistettu ajan käsitteestä yhdistäen energian ja tiheyden, ja yksikkö on J/cm2. Normaalisti jatkuvat laserit kuvataan käyttämällä tehotiheyttä, whilepulssilaseritkuvataan käyttämällä sekä tehotiheyttä että energiatiheyttä.

Kun laser vaikuttaa, tehotiheys yleensä määrittää, saavutetaanko kynnys tuhoamiseen, ablaatioon tai muihin vaikuttaviin materiaaleihin. Kynnys on käsite, joka tulee usein esiin tutkittaessa laserien vuorovaikutusta aineen kanssa. Lyhyen pulssin (jota voidaan pitää us-vaiheena), ultralyhyen pulssin (jota voidaan pitää ns-vaiheena) ja jopa ultranopeiden (ps ja fs-vaihe) laservuorovaikutusmateriaalien tutkimiseksi varhaiset tutkijat yleensä omaksua energiatiheyden käsite. Tämä käsite vuorovaikutustasolla edustaa kohteeseen vaikuttavaa energiaa pinta-alayksikköä kohden, samantasoisen laserin tapauksessa tällä keskustelulla on suurempi merkitys.

Yksittäisen pulssin ruiskutuksen energiatiheydelle on myös olemassa kynnys. Tämä tekee myös laser-aineen vuorovaikutuksen tutkimisesta monimutkaisempaa. Kuitenkin nykypäivän kokeellinen laitteisto muuttuu jatkuvasti, pulssin leveys, yksittäisen pulssin energia, toistotaajuus ja muut parametrit muuttuvat jatkuvasti, ja jopa laserin todellista tehoa on otettava huomioon pulssin energian vaihtelut energiatiheyden tapauksessa. mitata, voi olla liian karkea.Yleensä voidaan karkeasti katsoa, ​​että energiatiheys jaettuna pulssin leveydellä on aikakeskimääräinen tehotiheys (huomaa, että se on aikaa, ei avaruutta). On kuitenkin selvää, että laserin todellinen aaltomuoto ei välttämättä ole suorakaiteen muotoinen, neliöaalto tai edes kello tai Gaussin muotoinen, ja jotkin määräytyvät itse laserin ominaisuuksista, joka on enemmän muotoiltu.

Pulssin leveys saadaan yleensä oskilloskoopin antamalla puolikorkeudella (full peak half-width FWHM), mikä saa meidät laskemaan tehotiheyden arvon energiatiheydestä, joka on korkea. Sopivampi puolikorkeus ja leveys tulee laskea integraalilla, puolikorkeudella ja leveydellä. Yksityiskohtaista tutkimusta ei ole tutkittu, onko tiedossa asiaankuuluvaa vivahdestandardia. Itse tehotiheydelle laskelmia tehtäessä on yleensä mahdollista käyttää yhtä pulssienergiaa laskemiseen, yhtä pulssienergiaa/pulssin leveyttä/pistealuetta. , joka on spatiaalinen keskimääräinen teho ja kerrottuna sitten kahdella, spatiaalisen huipputehon saamiseksi (tilajakauma on Gaussin jakauma on tällainen käsittely, silppurin ei tarvitse tehdä niin), ja sitten kerrottuna säteittäisjakaumalausekkeella, ja olet valmis.