Плотность мощности и плотность энергии лазера
Плотность — это физическая величина, с которой мы очень хорошо знакомы в повседневной жизни. Плотность, с которой мы сталкиваемся чаще всего, — это плотность материала, формула ρ = m/v, то есть плотность равна массе, делённой на объём. Но плотность мощности и плотность энергии лазера отличаются, здесь делятся на площадь, а не на объём. Мощность также связана со многими физическими величинами, поскольку мы используем электричество каждый день, электричество подразумевает мощность. Международная стандартная единица мощности — Вт, то есть Дж/с, это отношение энергии к единице времени. Международная стандартная единица энергии — Дж. Таким образом, плотность мощности — это концепция, объединяющая мощность и плотность, но здесь это площадь пятна облучения, а не объём. Мощность, делённая на площадь выходного пятна, — это плотность мощности, то есть единица плотности мощности — Вт/м².лазерное полеПоскольку площадь пятна лазерного облучения довольно мала, обычно в качестве единицы измерения используется Вт/см². Плотность энергии исключается из понятия времени, объединяя энергию и плотность, и единицей измерения становится Дж/см². Обычно непрерывные лазеры описываются плотностью мощности, в то время какимпульсные лазерыописываются с использованием как плотности мощности, так и плотности энергии.
При воздействии лазера плотность мощности обычно определяет, будет ли достигнут порог разрушения, абляции или иного воздействия на материалы. Порог – это понятие, часто встречающееся при изучении взаимодействия лазеров с веществом. При изучении материалов, взаимодействующих с короткими импульсами (которые можно рассматривать как мкс-стадию), ультракороткими импульсами (которые можно рассматривать как нс-стадию) и даже сверхбыстрыми (пс- и фемтосекундные стадии), ранние исследователи обычно использовали понятие плотности энергии. Эта концепция на уровне взаимодействия представляет собой энергию, действующую на мишень на единицу площади. В случае лазера того же уровня это обсуждение имеет большее значение.
Существует также пороговое значение плотности энергии одиночного импульса. Это также усложняет изучение взаимодействия лазера с веществом. Однако современное экспериментальное оборудование постоянно меняется, меняется множество параметров, таких как длительность импульса, энергия одиночного импульса, частота повторения и другие, и даже необходимость учитывать фактическую выходную мощность лазера в импульсе, флуктуации энергии в случае измерения плотности энергии могут быть слишком грубыми. Как правило, можно грубо считать, что плотность энергии, деленная на длительность импульса, представляет собой среднюю по времени плотность мощности (обратите внимание, что это время, а не пространство). Однако очевидно, что фактическая форма лазерной волны может не быть прямоугольной, квадратной или даже колоколообразной или гауссовой, а некоторые из них определяются свойствами самого лазера, который имеет более выраженную форму.
Ширина импульса обычно задается шириной на полувысоте, предоставляемой осциллографом (полная пиковая ширина на полувысоте), что заставляет нас рассчитывать значение плотности мощности из плотности энергии, которая высока. Более подходящие полувысоту и ширину следует рассчитывать через интеграл, полувысоту и ширину. Не было подробного исследования того, существует ли соответствующий стандарт нюансов для знания. Для самой плотности мощности при выполнении расчетов обычно можно использовать энергию одного импульса для расчета, энергию одного импульса/ширину импульса/площадь пятна, которая является пространственной средней мощностью, а затем умножить на 2, для получения пространственной пиковой мощности (пространственное распределение - это распределение Гаусса, и это такая обработка, top-hat не нуждается в этом), а затем умножить на выражение радиального распределения, и все готово.
Время публикации: 12 июня 2024 г.