Densidad de potencia y densidad de energía del láser
La densidad es una magnitud física con la que estamos muy familiarizados en nuestra vida diaria. La densidad con la que más nos relacionamos es la densidad del material, cuya 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, ya que aquí se dividen por el área en lugar del volumen. La potencia también es una magnitud física con la que estamos en contacto, porque usamos electricidad todos los días. La electricidad implica potencia, cuya unidad estándar internacional es el vatio (W), es decir, julios (J/s), que es la relación entre la energía y la unidad de tiempo, cuya unidad estándar internacional es el julio (J). Por lo tanto, la densidad de potencia es el concepto que combina potencia y densidad, pero aquí se trata del 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.campo láserDebido a que el área del punto de irradiación láser es bastante pequeña, generalmente se utiliza W/cm2 como unidad. La densidad de energía se separa del concepto de tiempo, combinando energía y densidad, y la unidad es J/cm2. Normalmente, los láseres continuos se describen utilizando la densidad de potencia, mientras queláseres pulsadosse describen utilizando tanto la densidad de potencia como la densidad de energía.
Cuando el láser actúa, la densidad de potencia suele determinar si se alcanza el umbral para destruir, ablacionar u otros materiales. El umbral es un concepto que aparece con frecuencia al estudiar la interacción de los láseres con la materia. Para el estudio de la interacción de materiales con láseres de pulso corto (que puede considerarse como la etapa de microsegundos), pulso ultracorto (que puede considerarse como la etapa de nanosegundos) e incluso ultrarrápido (etapas de picosegundos y femtosegundos), los primeros investigadores solían 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 cobra mayor relevancia.
También existe un umbral para la densidad de energía de la inyección de pulso único. Esto también complica el estudio de la interacción láser-materia. Sin embargo, el equipo experimental actual está en constante evolución, y la variedad de anchos de pulso, energía de pulso único, frecuencia de repetición y otros parámetros cambian constantemente. Incluso es necesario considerar las fluctuaciones de energía de salida real del láser en un pulso al medir la densidad de energía, lo que puede resultar demasiado impreciso. En general, se puede considerar que la densidad de energía dividida por el ancho del pulso es la densidad de potencia promedio en el tiempo (nótese que es en el tiempo, no en el espacio). Sin embargo, es obvio que la forma de onda real del láser puede no ser rectangular, cuadrada, ni siquiera de campana o gaussiana, y algunas están determinadas por las propiedades del propio láser, que tienen una forma más definida.
El ancho del pulso se suele dar por el ancho a media altura proporcionado por el osciloscopio (ancho a media altura de pico completo FWHM), lo que nos hace calcular el valor de la densidad de potencia a partir de la densidad de energía, que es alta. La media altura y el ancho más apropiados deberían calcularse mediante la integral, media altura y ancho. No ha habido una investigación detallada sobre si existe un estándar de matices relevante para saber. Para la densidad de potencia en sí, al hacer cálculos, normalmente es posible usar una energía de pulso único para calcular una energía de pulso único/ancho de pulso/área del punto, que es la potencia promedio espacial, y luego multiplicar por 2, para la potencia pico espacial (la distribución espacial es una distribución gaussiana es tal tratamiento, top-hat no necesita hacerlo), y luego multiplicar por una expresión de distribución radial, Y está hecho.
Fecha de publicación: 12 de junio de 2024