Densidad de potencia y densidad de energía del láser.

Densidad de potencia y densidad de energía del láser.

La densidad es una cantidad física con la que estamos muy familiarizados en nuestra vida diaria, la densidad con la que más contactamos es la densidad del material, la fórmula es ρ=m/v, es decir, la densidad es igual a la masa dividida por el volumen. Pero la densidad de potencia y la densidad de energía del láser son diferentes, aquí divididas por el área en lugar de por el volumen. La potencia también es nuestro contacto con muchas cantidades físicas, porque usamos electricidad todos los días, la electricidad implicará potencia, la unidad estándar internacional de potencia es W, es decir, J/s, es la relación entre energía y unidad de tiempo, la La unidad de energía estándar internacional es J. Entonces, la densidad de potencia es el concepto de combinar potencia y densidad, pero aquí está el área de irradiación del punto en lugar del volumen, la potencia dividida por el área del punto de salida es la densidad de potencia, es decir. , la unidad de densidad de potencia es W/m2, y en elcampo láser, debido a que el área del punto de irradiación láser es bastante pequeña, generalmente se utiliza W/cm2 como unidad. La densidad de energía se elimina del concepto de tiempo, combinando energía y densidad, y la unidad es J/cm2. Normalmente, los láseres continuos se describen utilizando densidad de potencia, mientras queláseres pulsadosse describen utilizando tanto la densidad de potencia como la densidad de energía.

Cuando actúa el láser, la densidad de potencia suele determinar si se alcanza el umbral para destruir, extirpar u otros materiales que actúan. Umbral es un concepto que aparece a menudo al estudiar la interacción de los láseres con la materia. Para el estudio de materiales de interacción láser de pulso corto (que puede considerarse como la etapa estadounidense), pulso ultracorto (que puede considerarse como la etapa ns) e incluso ultrarrápidos (etapa ps y fs), los primeros investigadores generalmente Adoptar el concepto de densidad de energía. Este concepto, a nivel de interacción, representa la energía que actúa sobre el objetivo por unidad de área, en el caso de un láser del mismo nivel, esta discusión es de mayor importancia.

También existe un umbral para la densidad de energía de la inyección de un solo pulso. Esto también complica el estudio de la interacción láser-materia. Sin embargo, el equipo experimental actual cambia constantemente, una variedad de ancho de pulso, energía de pulso único, frecuencia de repetición y otros parámetros cambian constantemente, e incluso es necesario considerar la salida real del láser en las fluctuaciones de energía de un pulso en el caso de la densidad de energía. medir, puede ser demasiado aproximado.En general, se puede considerar aproximadamente que la densidad de energía dividida por el ancho del pulso es la densidad de potencia promedio en el tiempo (tenga en cuenta que es tiempo, no espacio). Sin embargo, es obvio que la forma de onda del láser real puede no ser rectangular, cuadrada o incluso de campana o gaussiana, y algunas están determinadas por las propiedades del propio láser, que tiene más forma.

El ancho de pulso suele venir dado por el ancho de media altura que proporciona el osciloscopio (full peak half-width FWHM), lo que hace que calculemos el valor de la densidad de potencia a partir de la densidad de energía, que es alta. La mitad de alto y ancho más apropiada debe calcularse mediante la integral, la mitad de alto y ancho. No se ha realizado una investigación detallada sobre si existe un estándar de matices relevante para saberlo. Para la densidad de potencia en sí, al realizar cálculos, generalmente es posible utilizar la energía de un solo pulso para calcular, una energía de un solo pulso/ancho de pulso/área del punto. , que es la potencia promedio espacial, y luego se multiplica por 2, para obtener la potencia máxima espacial (la distribución espacial es la distribución de Gauss es un tratamiento de este tipo, el sombrero de copa no necesita hacerlo), y luego se multiplica por una expresión de distribución radial , Y ya está.