Gostota moči in gostota energije laserja

Gostota moči in gostota energije laserja

Gostota je fizikalna količina, s katero se v vsakdanjem življenju zelo dobro srečamo. Gostota, s katero se najpogosteje srečujemo, je gostota materiala. Formula je ρ=m/v, kar pomeni, da je gostota enaka masi, deljeni z volumnom. Gostota moči in gostota energije laserja pa se razlikujeta, tukaj gre za deljenje s površino in ne z volumnom. Moč je tudi naš stik s številnimi fizikalnimi količinami, saj elektriko uporabljamo vsak dan. Elektrika vključuje moč. Mednarodna standardna enota za moč je W, to je J/s, kar je razmerje med energijo in časom. Mednarodna standardna enota za energijo je J. Gostota moči je torej koncept združevanja moči in gostote, tukaj pa gre za obsevano površino pike in ne za prostornino. Moč, deljena s površino izhodne pike, je gostota moči, to je enota gostote moči W/m2.lasersko polje, ker je površina laserskega obsevanja precej majhna, se kot enota običajno uporablja W/cm2. Gostota energije se izloči iz koncepta časa, združuje energijo in gostoto, enota pa je J/cm2. Običajno se neprekinjeni laserji opisujejo z gostoto moči, medtem kopulzni laserjiso opisani z uporabo gostote moči in gostote energije.

Ko laser deluje, gostota moči običajno določa, ali je dosežen prag za uničenje, ablacijo ali druge delujoče materiale. Prag je koncept, ki se pogosto pojavi pri preučevanju interakcije laserjev s snovjo. Za preučevanje kratkopulznih (ki jih lahko štejemo za ultrazvočno stopnjo), ultrakratkih (ki jih lahko štejemo za ns stopnjo) in celo ultrahitrih (ps in fs stopnja) laserskih interakcijskih materialov so zgodnji raziskovalci običajno uporabili koncept gostote energije. Ta koncept na ravni interakcije predstavlja energijo, ki deluje na tarčo na enoto površine; v primeru laserja enake stopnje je ta razprava še pomembnejša.

Obstaja tudi prag za gostoto energije pri vbrizgavanju posameznega impulza. To tudi otežuje preučevanje interakcije med laserjem in snovjo. Vendar se današnja eksperimentalna oprema nenehno spreminja, različne širine impulzov, energija posameznega impulza, frekvenca ponavljanja in drugi parametri se nenehno spreminjajo, zato je celo treba upoštevati dejansko izhodno moč laserja pri nihanju energije impulza v primeru merjenja gostote energije, kar je lahko pregrubo. Na splošno lahko grobo štejemo, da je gostota energije, deljena s širino impulza, povprečna gostota moči v času (upoštevajte, da je to čas, ne prostor). Vendar je očitno, da dejanska valovna oblika laserja morda ni pravokotna, kvadratna ali celo zvonasta ali Gaussova, nekatere pa so določene z lastnostmi samega laserja, ki je bolj oblikovan.

Širina impulza je običajno podana s širino polovične višine, ki jo zagotavlja osciloskop (polovična širina vrha FWHM), zaradi česar izračunamo vrednost gostote moči iz gostote energije, ki je visoka. Bolj primerna je polovična višina in širina, ki bi se izračunali z integralom, polovično višino in širino. Ni bilo podrobne preiskave o tem, ali obstaja ustrezen standard za nianse. Za samo gostoto moči je pri izračunih običajno mogoče uporabiti energijo enega samega impulza, energijo enega samega impulza/širino impulza/površino pike, kar je prostorska povprečna moč, nato pa pomnoženo z 2 za prostorsko vršno moč (prostorska porazdelitev je Gaussova porazdelitev, top-hat tega ne potrebuje), nato pomnoženo z izrazom radialne porazdelitve in končali ste.