Hustota výkonu a hustota energie laseru

Hustota výkonu a hustota energie laseru

Hustota je fyzikální veličina, se kterou se v každodenním životě setkáváme nejčastěji. Hustota materiálu, s níž se setkáváme nejčastěji, je její vzorec ρ=m/v, což znamená, že hustota se rovná hmotnosti dělené objemem. Hustota výkonu a hustota energie laseru se však liší, zde se dělí plochou, nikoli objemem. Výkon je také naše kontaktní veličina, protože elektřinu používáme každý den. Elektřina zahrnuje výkon. Mezinárodní standardní jednotkou výkonu je W, tj. J/s, což je poměr energie a času. Mezinárodní standardní jednotkou energie je J. Hustota výkonu je tedy pojem kombinace výkonu a hustoty, ale zde se jedná o ozařovací plochu bodu, nikoli o objem. Výkon dělený výstupní plochou bodu je hustota výkonu, tj. jednotka hustoty výkonu je W/m2.laserové pole, protože plocha laserového ozařovacího bodu je poměrně malá, obecně se jako jednotka používá W/cm2. Hustota energie se vynechává z pojmu času, kombinuje energii a hustotu a jednotkou je J/cm2. Kontinuální lasery se obvykle popisují pomocí hustoty výkonu, zatímcopulzní laseryjsou popsány pomocí hustoty výkonu i hustoty energie.

Když laser působí, hustota výkonu obvykle určuje, zda je dosaženo prahové hodnoty pro destrukci, ablaci nebo jiné působící materiály. Práhová hodnota je koncept, který se často objevuje při studiu interakce laserů s hmotou. Pro studium materiálů s krátkou pulzní interakcí (kterou lze považovat za fázi ultrazvuku), ultrakrátkou pulzní interakcí (kterou lze považovat za fázi nanočástic) a dokonce i ultrarychlou interakcí (fáze ps a fs) laserů první výzkumníci obvykle používají koncept hustoty energie. Tento koncept na úrovni interakce představuje energii působící na cíl na jednotku plochy. V případě laseru stejné úrovně má tato diskuse větší význam.

Existuje také prahová hodnota pro hustotu energie vstřikovaného jednotlivého pulzu. To také komplikuje studium interakce laseru s hmotou. Dnešní experimentální vybavení se však neustále mění, neustále se mění různé parametry, jako je šířka pulzu, energie jednotlivého pulzu, opakovací frekvence a další, a dokonce i nutnost zohlednit skutečný výkon laseru při kolísání energie pulzu v případě měření hustoty energie může být příliš hrubá. Obecně lze zhruba předpokládat, že hustota energie dělená šířkou pulzu je průměrná hustota výkonu v čase (všimněte si, že se jedná o čas, nikoli o prostor). Je však zřejmé, že skutečný tvar vlny laseru nemusí být obdélníkový, čtvercový, ani zvonovitý nebo Gaussův, a některé jsou určeny vlastnostmi samotného laseru, který má spíše tvar.

Šířka pulzu je obvykle dána šířkou polovičního píku poskytovanou osciloskopem (fwhm s polovičním píkem), což vede k výpočtu hodnoty hustoty výkonu z hustoty energie, která je vysoká. Vhodnější poloviční výška a šířka by měly být vypočítány pomocí integrálu, poloviční výšky a šířky. Nebylo provedeno žádné podrobné zkoumání, zda existuje relevantní standard pro nuance. Pro samotnou hustotu výkonu je při výpočtech obvykle možné použít energii jednoho pulzu, energii jednoho pulzu/šířku pulzu/plochu bodu, což je prostorový průměrný výkon, a poté vynásobit 2 pro prostorový špičkový výkon (prostorové rozdělení je Gaussovo rozdělení, top-hat to nemusí dělat) a poté vynásobit výrazem pro radiální rozdělení a máte hotovo.