Gustoća snage i gustoća energije lasera

Gustoća snage i gustoća energije lasera

Gustoća je fizička veličina s kojom smo vrlo dobro upoznati u svakodnevnom životu. Gustoća s kojom najčešće dolazimo u kontakt je gustoća materijala, formula je ρ=m/v, odnosno gustoća je jednaka masi podijeljenoj sa zapreminom. Međutim, gustoća snage i gustoća energije lasera su različite, ovdje podijeljeno s površinom, a ne sa zapreminom. Snaga je također naš kontakt s mnogim fizičkim veličinama, jer svakodnevno koristimo električnu energiju, električna energija uključuje snagu. Međunarodna standardna jedinica za snagu je W, odnosno J/s, što je omjer energije i jedinice vremena, a međunarodna standardna jedinica za energiju je J. Dakle, gustoća snage je koncept kombiniranja snage i gustoće, ali ovdje je površina ozračene tačke, a ne zapremina. Snaga podijeljena s površinom izlazne tačke je gustoća snage, odnosno jedinica gustoće snage je W/m2, a ulasersko polje, budući da je površina laserskog zračenja prilično mala, generalno se kao jedinica koristi W/cm2. Gustoća energije se uklanja iz koncepta vremena, kombinirajući energiju i gustoću, a jedinica je J/cm2. Normalno, kontinuirani laseri se opisuju pomoću gustoće snage, dokpulsirajući laseriopisani su korištenjem i gustoće snage i gustoće energije.

Kada laser djeluje, gustoća snage obično određuje da li je dostignut prag za uništavanje, ablaciju ili druge djelujuće materijale. Prag je koncept koji se često pojavljuje pri proučavanju interakcije lasera s materijom. Za proučavanje materijala s kratkim impulsima (koji se mogu smatrati us fazom), ultrakratkim impulsima (koji se mogu smatrati ns fazom), pa čak i ultrabrzim (ps i fs faza) laserskim interakcijama, rani istraživači obično usvajaju koncept gustoće energije. Ovaj koncept, na nivou interakcije, predstavlja energiju koja djeluje na metu po jedinici površine, a u slučaju lasera istog nivoa, ova diskusija je od većeg značaja.

Također postoji prag za gustoću energije ubrizgavanja pojedinačnog impulsa. To također čini proučavanje interakcije lasera i materije složenijim. Međutim, današnja eksperimentalna oprema se stalno mijenja, različite širine impulsa, energija pojedinačnog impulsa, frekvencija ponavljanja i drugi parametri se stalno mijenjaju, pa čak i potreba da se uzme u obzir stvarni izlaz lasera u fluktuacijama energije impulsa u slučaju mjerenja gustoće energije može biti pregruba. Općenito, može se grubo smatrati da je gustoća energije podijeljena sa širinom impulsa prosječna gustoća snage u vremenu (imajte na umu da je to vrijeme, a ne prostor). Međutim, očito je da stvarni oblik laserskog vala možda nije pravokutni, kvadratni, pa čak ni zvonasti ili Gaussov, a neki su određeni svojstvima samog lasera, koji je više oblikovan.

Širina impulsa je obično data širinom polovine visine koju daje osciloskop (FWHM pune širine vrha), što nas navodi da izračunamo vrijednost gustine snage iz gustine energije, koja je visoka. Prikladnija polovina visine i širina trebale bi se izračunati integralom, polovinom visine i širinom. Nije provedeno detaljno istraživanje o tome postoji li relevantan standard nijansi za to. Za samu gustinu snage, prilikom izračuna, obično je moguće koristiti energiju jednog impulsa za izračunavanje, energiju jednog impulsa/širinu impulsa/površinu tačke, što je prostorna prosječna snaga, a zatim pomnožiti sa 2, za prostornu vršnu snagu (prostorna distribucija je Gaussova distribucija, to nije potrebno za cilindrični tok), a zatim pomnožiti sa izrazom radijalne distribucije i gotovi ste.