Щільність потужності та щільність енергії лазера
Густина – це фізична величина, з якою ми дуже добре знайомі в повсякденному житті. Густина, з якою ми найчастіше стикаємося, – це густина матеріалу. Формула ρ=m/v, тобто густина дорівнює масі, поділеній на об'єм. Але густина потужності та густина енергії лазера різні, тут вона поділена на площу, а не на об'єм. Потужність – це також наша взаємодія з багатьма фізичними величинами, оскільки ми щодня використовуємо електроенергію. Електрика включає потужність. Міжнародна стандартна одиниця потужності – Вт, тобто Дж/с, це співвідношення енергії та одиниці часу. Міжнародна стандартна одиниця енергії – Дж. Отже, густина потужності – це поняття поєднання потужності та густини, але тут це площа плями опромінення, а не об'єм. Потужність, поділена на площу вихідної плями, – це густина потужності, тобто одиниця густини потужності – Вт/м2.лазерне поле, оскільки площа плями лазерного опромінення досить мала, тому зазвичай як одиницю вимірювання використовується Вт/см2. Густина енергії виключається з поняття часу, об'єднуючи енергію та густину, і одиницею вимірювання є Дж/см2. Зазвичай лазери безперервної дії описуються за допомогою густини потужності, тоді якімпульсні лазериописуються з використанням як густини потужності, так і густини енергії.
Коли лазер діє, густина потужності зазвичай визначає, чи досягнуто порогу руйнування, абляції або інших діючих матеріалів. Поріг – це поняття, яке часто з'являється під час вивчення взаємодії лазерів з речовиною. Для вивчення коротких імпульсів (які можна розглядати як ультразвукову стадію), ультракоротких імпульсів (які можна розглядати як наносекундну стадію) і навіть ультрашвидких (пс- та фс-стадії) лазерних взаємодій, ранні дослідники зазвичай застосовують поняття густини енергії. Це поняття на рівні взаємодії представляє енергію, що діє на ціль, на одиницю площі; у випадку лазера того ж рівня це обговорення має більше значення.
Також існує поріг для густини енергії введення одного імпульсу. Це також ускладнює вивчення взаємодії лазера з речовиною. Однак сучасне експериментальне обладнання постійно змінюється, різноманітні параметри ширини імпульсу, енергії одного імпульсу, частоти повторення та інші постійно змінюються, і навіть необхідність враховувати фактичну вихідну потужність лазера при коливаннях енергії імпульсу у випадку вимірювання густини енергії може бути занадто грубою. Загалом, можна приблизно вважати, що густина енергії, поділена на ширину імпульсу, є середньою густиною потужності в часі (зауважте, що це час, а не простір). Однак очевидно, що фактична форма хвилі лазера може не бути прямокутною, квадратною, або навіть дзвоноподібною чи гаусовою, і деяка форма визначається властивостями самого лазера, який має більш чітку форму.
Ширина імпульсу зазвичай визначається шириною на половині висоти, яку забезпечує осцилограф (повна пікова півширина на півширині), що змушує нас обчислювати значення густини потужності на основі густини енергії, яка є високою. Більш доцільно обчислювати половину висоти та ширини за допомогою інтеграла, половини висоти та ширини. Не було проведено детального дослідження того, чи існує відповідний стандарт нюансів для цього. Для самої густини потужності, під час розрахунків, зазвичай можна використовувати енергію одного імпульсу для обчислення, енергію одного імпульсу/ширину імпульсу/площу плями, що є просторовою середньою потужністю, а потім помножити на 2 для просторової пікової потужності (просторовий розподіл - це розподіл Гауса, для топ-капелюха цього не потрібно робити), а потім помножити на вираз радіального розподілу, і все готово.
Час публікації: 12 червня 2024 р.