Effekttæthed og energitæthed af laser

Effekttæthed og energitæthed af laser

Densitet er en fysisk størrelse, vi er meget bekendt med i vores dagligdag. Den densitet, vi er mest i kontakt med, er materialets densitet. Formlen er ρ=m/v, det vil sige, at densitet er lig med masse divideret med volumen. Men laserens effekttæthed og energitæthed er forskellige, her divideret med arealet snarere end volumen. Effekt er også vores kontakt med mange fysiske størrelser. Fordi vi bruger elektricitet hver dag, involverer elektricitet effekt. Den internationale standardenhed for effekt er W, det vil sige, at J/s er forholdet mellem energi og tidsenhed. Den internationale standardenhed for energi er J. Så effekttætheden er konceptet med at kombinere effekt og densitet, men her er det bestrålingsarealet af pletten snarere end volumen. Effekten divideret med outputplettens areal er effekttætheden, det vil sige, at enheden for effekttæthed er W/m2.laserfelt, fordi laserens bestrålingspletareal er ret lille, bruges W/cm2 generelt som en enhed. Energitætheden fjernes fra tidsbegrebet, hvor energi og tæthed kombineres, og enheden er J/cm2. Normalt beskrives kontinuerlige lasere ved hjælp af effekttæthed, menspulserende laserebeskrives ved hjælp af både effekttæthed og energitæthed.

Når laseren virker, bestemmer effekttætheden normalt, om tærsklen for at ødelægge, ablere eller fjerne andre virkende materialer er nået. Tærskelværdi er et koncept, der ofte optræder, når man studerer laseres interaktion med stof. Til studiet af korte pulser (som kan betragtes som us-stadiet), ultrakorte pulser (som kan betragtes som ns-stadiet) og endda ultrahurtige (ps- og fs-stadiet) laserinteraktionsmaterialer, anvender tidlige forskere normalt konceptet energitæthed. Dette koncept, på interaktionsniveau, repræsenterer den energi, der virker på målet pr. arealenhed, og i tilfælde af en laser på samme niveau er denne diskussion af større betydning.

Der er også en tærskelværdi for energitætheden ved enkeltpulsinjektion. Dette gør også studiet af laser-stof-interaktion mere kompliceret. Dagens eksperimentelle udstyr ændrer sig dog konstant, og en række parametre for pulsbredde, enkeltpulsenergi, repetitionsfrekvens og andre ændrer sig konstant, og selv det at tage højde for laserens faktiske output i betragtning ved pulsenergiudsving, kan i tilfælde af måling af energitætheden være for grov. Generelt kan det groft antages, at energitætheden divideret med pulsbredden er den gennemsnitlige effekttæthed over tid (bemærk, at det er tid, ikke rum). Det er dog indlysende, at den faktiske laserbølgeform muligvis ikke er rektangulær, firkantet eller endda klokke- eller gaussisk, og at nogle bestemmes af selve laserens egenskaber, som er mere formet.

Pulsbredden gives normalt ved den halve højdebredde, som oscilloskopet leverer (fuld peak halvbredde FWHM), hvilket får os til at beregne værdien af ​​effekttætheden ud fra energitætheden, som er høj. Den mere passende halve højde og bredde bør beregnes ved integralet, halv højde og bredde. Der har ikke været nogen detaljeret undersøgelse af, om der er en relevant nuancestandard for at kende den. For selve effekttætheden er det normalt muligt at bruge en enkelt pulsenergi til at beregne, en enkelt pulsenergi/pulsbredde/spotareal, som er den rumlige gennemsnitseffekt, og derefter ganget med 2 for den rumlige peakeffekt (den rumlige fordeling er Gauss-fordeling, da top-hat ikke behøver at gøre det), og derefter ganget med et radialt fordelingsudtryk, og du er færdig.