Effekttäthet och energitäthet hos laser
Densitet är en fysisk kvantitet som vi är väl bekanta med i vårt dagliga liv. Den densitet vi kommer i kontakt med mest är materialets densitet. Formeln är ρ=m/v, det vill säga att densitet är lika med massa dividerat med volym. Men laserns effekttäthet och energitäthet är olika, här dividerat med arean snarare än volymen. Effekt är också vår kontakt med många fysiska kvantiteter. Eftersom vi använder elektricitet varje dag kommer elektricitet att involvera effekt. Den internationella standardenheten för effekt är W, det vill säga J/s, som är förhållandet mellan energi och tidsenhet. Den internationella standardenheten för energi är J. Så effekttätheten är konceptet att kombinera effekt och densitet, men här är det bestrålningsarean för fläcken snarare än volymen. Effekten dividerad med utgångspunktens area är effekttätheten, det vill säga enheten för effekttäthet är W/m2.laserfält, eftersom laserstrålningsfläckens yta är ganska liten, används generellt W/cm2 som en enhet. Energitätheten tas bort från tidsbegreppet, och kombinerar energi och densitet, och enheten är J/cm2. Normalt beskrivs kontinuerliga lasrar med hjälp av effekttäthet, medanpulserade lasrarbeskrivs med hjälp av både effekttäthet och energitäthet.
När lasern verkar avgör effekttätheten vanligtvis om tröskeln för att förstöra, ablera eller andra verkande material nås. Tröskelvärde är ett koncept som ofta förekommer när man studerar lasrars interaktion med materia. För studier av kortpulsade (som kan betraktas som us-stadiet), ultrakortpulsade (som kan betraktas som ns-stadiet) och till och med ultrasnabba (ps- och fs-stadiet) laserinteraktionsmaterial, antog tidiga forskare vanligtvis konceptet energitäthet. Detta koncept, på interaktionsnivå, representerar den energi som verkar på målet per ytenhet, när det gäller en laser på samma nivå är denna diskussion av större betydelse.
Det finns också ett tröskelvärde för energitätheten vid en enda pulsinjektion. Detta gör också studiet av laser-materia-interaktion mer komplicerat. Dagens experimentella utrustning förändras dock ständigt, och en mängd olika parametrar som pulsbredder, en enda pulsenergi, repetitionsfrekvens och andra förändras ständigt. Även om man behöver ta hänsyn till laserns faktiska uteffekt, kan det vara för grovt att mäta energitätheten vid pulsvariationer. Generellt sett kan man grovt anta att energitätheten dividerad med pulsbredden är den genomsnittliga effekttätheten över tid (observera att det är tid, inte rum). Det är dock uppenbart att den faktiska laservågformen kanske inte är rektangulär, fyrkantig eller ens klock- eller gaussisk, utan att vissa bestäms av laserns egna egenskaper, som är mer formad.
Pulsbredden ges vanligtvis av halvhöjdsbredden som tillhandahålls av oscilloskopet (full peak halvbredds-FWHM), vilket får oss att beräkna värdet på effekttätheten från energitätheten, som är hög. Den mer lämpliga halvhöjden och bredden bör beräknas med integralen, halvhöjden och bredden. Det har inte gjorts någon detaljerad undersökning av om det finns en relevant nyansstandard för att veta. För själva effekttätheten, när man gör beräkningar, är det vanligtvis möjligt att använda en enda pulsenergi för att beräkna, en enda pulsenergi/pulsbredd/punktarea, vilket är den rumsliga genomsnittliga effekten, och sedan multiplicera med 2, för den rumsliga toppeffekten (den rumsliga fördelningen är Gauss-fördelning är en sådan behandling, top-hat behöver inte göra det), och sedan multiplicera med ett radiellt fördelningsuttryck, och du är klar.
Publiceringstid: 12 juni 2024