Leistungsdichte und Energiedichte von Lasern

Leistungsdichte und Energiedichte von Lasern

Die Dichte ist eine physikalische Größe, mit der wir in unserem täglichen Leben sehr vertraut sind. Die Dichte, mit der wir am meisten in Kontakt kommen, ist die Dichte des Materials. Die Formel lautet ρ = m/v, dh die Dichte ist gleich der Masse dividiert durch das Volumen. Allerdings sind die Leistungsdichte und die Energiedichte des Lasers unterschiedlich, hier geteilt durch die Fläche und nicht durch das Volumen. Leistung ist auch unser Kontakt mit vielen physikalischen Größen, da wir jeden Tag Elektrizität verbrauchen, Elektrizität beinhaltet Leistung, die internationale Standardeinheit für Leistung ist W, das heißt J/s, ist das Verhältnis von Energie und Zeiteinheit Die internationale Standardeinheit für Energie ist J. Die Leistungsdichte ist also das Konzept der Kombination von Leistung und Dichte, aber hier ist die Bestrahlungsfläche des Spots und nicht das Volumen, die Leistung dividiert durch die Ausgangspunktfläche ist die Leistungsdichte, das heißt , die Einheit der Leistungsdichte ist W/m2, und in derLaserfeldDa die Laserbestrahlungsfleckfläche recht klein ist, wird im Allgemeinen W/cm2 als Einheit verwendet. Die Energiedichte wird aus dem Konzept der Zeit entfernt, indem Energie und Dichte kombiniert werden, und die Einheit ist J/cm2. Normalerweise werden kontinuierliche Laser mithilfe der Leistungsdichte beschriebengepulste Laserwerden sowohl mit der Leistungsdichte als auch mit der Energiedichte beschrieben.

Beim Einwirken des Lasers entscheidet in der Regel die Leistungsdichte darüber, ob die Schwelle zum Zerstören, Abtragen oder anderen Einwirken von Materialien erreicht wird. Der Schwellenwert ist ein Konzept, das häufig bei der Untersuchung der Wechselwirkung von Lasern mit Materie auftaucht. Für die Untersuchung von Kurzpuls-Laserinteraktionsmaterialien (die als US-Stadium betrachtet werden können), ultrakurzen Pulsen (die als NS-Stadium betrachtet werden können) und sogar ultraschnellen Laserinteraktionsmaterialien (PS- und FS-Stufe) werden in der Regel Frühforscher eingesetzt Übernehmen Sie das Konzept der Energiedichte. Dieses Konzept stellt auf der Ebene der Wechselwirkung die Energie dar, die pro Flächeneinheit auf das Ziel einwirkt. Im Fall eines Lasers derselben Ebene ist diese Diskussion von größerer Bedeutung.

Es gibt auch einen Schwellenwert für die Energiedichte der Einzelimpulsinjektion. Dies macht auch die Untersuchung der Laser-Materie-Wechselwirkung komplizierter. Heutzutage ändern sich die experimentellen Geräte jedoch ständig. Die Parameter der Pulsbreite, der Einzelpulsenergie, der Wiederholungsfrequenz und anderer Parameter ändern sich ständig, und bei der Energiedichte muss sogar die tatsächliche Leistung des Lasers in einem Puls berücksichtigt werden zu messen, kann zu grob sein. Im Allgemeinen kann man grob davon ausgehen, dass die Energiedichte dividiert durch die Impulsbreite die zeitliche durchschnittliche Leistungsdichte ist (beachten Sie, dass es sich um Zeit und nicht um Raum handelt). Es ist jedoch offensichtlich, dass die tatsächliche Laserwellenform möglicherweise nicht rechteckig, quadratisch oder gar glockenförmig oder gaußförmig ist, und einige davon werden durch die Eigenschaften des Lasers selbst bestimmt, der eine stärkere Form hat.

Die Impulsbreite wird normalerweise durch die vom Oszilloskop bereitgestellte Halbwertsbreite (Vollspitzen-Halbwertsbreite FWHM) angegeben, was dazu führt, dass wir den Wert der Leistungsdichte aus der Energiedichte berechnen, die hoch ist. Die geeignetere halbe Höhe und Breite sollte durch das Integral halber Höhe und Breite berechnet werden. Es wurde keine detaillierte Untersuchung durchgeführt, ob es einen relevanten Nuancenstandard für die Kenntnis gibt. Für die Leistungsdichte selbst ist es bei Berechnungen normalerweise möglich, eine einzelne Pulsenergie zur Berechnung zu verwenden, eine einzelne Pulsenergie/Impulsbreite/Punktfläche , das ist die räumliche Durchschnittsleistung, und dann mit 2 multipliziert, um die räumliche Spitzenleistung zu erhalten (die räumliche Verteilung ist die Gauß-Verteilung, eine solche Behandlung, Top-Hat muss dies nicht tun) und dann mit einem radialen Verteilungsausdruck multipliziert , Und du bist fertig.

 


Zeitpunkt der Veröffentlichung: 12. Juni 2024