Плотность мощности и плотность энергии лазера
Плотность — это физическая величина, с которой мы очень хорошо знакомы в нашей повседневной жизни, плотность, с которой мы контактируем больше всего, — это плотность материала, формула ρ=m/v, то есть плотность равна массе, деленной на объем. Но плотность мощности и плотность энергии лазера отличаются, здесь делятся на площадь, а не на объем. Мощность — это также наш контакт со многими физическими величинами, поскольку мы используем электричество каждый день, электричество будет включать мощность, международная стандартная единица мощности — Вт, то есть Дж/с, это отношение энергии и единицы времени, международная стандартная единица энергии — Дж. Таким образом, плотность мощности — это концепция объединения мощности и плотности, но здесь это площадь облучения пятна, а не объем, мощность, деленная на площадь выходного пятна, — это плотность мощности, то есть единица плотности мощности — Вт/м2, и влазерное поле, поскольку площадь пятна лазерного облучения довольно мала, поэтому обычно в качестве единицы используется Вт/см2. Плотность энергии удаляется из концепции времени, объединяя энергию и плотность, и единицей является Дж/см2. Обычно непрерывные лазеры описываются с помощью плотности мощности, в то время какимпульсные лазерыописываются с использованием как плотности мощности, так и плотности энергии.
Когда лазер действует, плотность мощности обычно определяет, достигается ли порог для разрушения, или абляции, или другого воздействия на материалы. Порог — это понятие, которое часто появляется при изучении взаимодействия лазеров с веществом. Для изучения материалов с коротким импульсом (который можно рассматривать как us-стадию), ультракоротким импульсом (который можно рассматривать как ns-стадию) и даже сверхбыстрым (ps- и fs-стадии) лазерным взаимодействием ранние исследователи обычно принимают понятие плотности энергии. Это понятие на уровне взаимодействия представляет собой энергию, действующую на цель на единицу площади, в случае лазера того же уровня это обсуждение имеет большее значение.
Существует также порог для плотности энергии одиночного импульса. Это также усложняет изучение взаимодействия лазера с веществом. Однако современное экспериментальное оборудование постоянно меняется, постоянно меняются различные параметры ширины импульса, энергии одиночного импульса, частоты повторения и другие параметры, и даже необходимость учитывать фактический выход лазера в импульсе колебания энергии в случае измерения плотности энергии может быть слишком грубой. Как правило, можно грубо считать, что плотность энергии, деленная на ширину импульса, является средней по времени плотностью мощности (обратите внимание, что это время, а не пространство). Однако очевидно, что фактическая форма волны лазера может быть не прямоугольной, квадратной или даже колокольной или гауссовой, а некоторые определяются свойствами самого лазера, который имеет более выраженную форму.
Ширина импульса обычно задается шириной на половине высоты, предоставляемой осциллографом (полная пиковая ширина на половине высоты FWHM), что заставляет нас вычислять значение плотности мощности из плотности энергии, которая высока. Более подходящие высота и ширина должны быть рассчитаны с помощью интеграла, высоты и ширины. 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 пространственной пиковой мощности (пространственное распределение - это распределение Гаусса, это такая обработка, top-hat не нужно этого делать), а затем умножить на выражение радиального распределения, и все готово.
Время публикации: 12 июня 2024 г.