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 interactuamos es la densidad del material. Su fórmula es ρ=m/v, es decir, la densidad es igual a la masa dividida por el volumen. Sin embargo, la densidad de potencia y la densidad de energía del láser son diferentes; en este caso, se dividen por el área en lugar del volumen. La potencia también es nuestro contacto con muchas magnitudes físicas, ya que usamos electricidad a diario. La electricidad implica potencia. La unidad estándar internacional de potencia es W, es decir, J/s, que es la relación entre la energía y la unidad de tiempo. La unidad estándar internacional de energía es J. Por lo tanto, la densidad de potencia es el concepto de combinar potencia y densidad, pero en este caso, 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 elimina 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 de destrucción o ablación de otros materiales activos. El umbral es un concepto frecuente al estudiar la interacción de los láseres con la materia. Para el estudio de materiales de interacción láser de pulso corto (que puede considerarse la etapa us), pulso ultracorto (que puede considerarse la etapa ns) e incluso ultrarrápido (etapas ps y fs), los primeros investigadores suelen 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, este análisis cobra mayor relevancia.
También existe un umbral para la densidad de energía de la inyección de un solo pulso. Esto complica el estudio de la interacción láser-materia. Sin embargo, los equipos experimentales actuales cambian constantemente, como el ancho de pulso, la energía de pulso, la frecuencia de repetición y otros parámetros. Incluso es necesario considerar la salida real del láser en un pulso. Las fluctuaciones de energía en la medición de la densidad de energía pueden ser demasiado aproximadas. Generalmente, se puede considerar que la densidad de energía dividida por el ancho de pulso es la densidad de potencia promedio en el tiempo (tenga en cuenta que se trata de tiempo, no de 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 tiene una forma más definida.
El ancho de pulso generalmente se da por el ancho de media altura proporcionado por el osciloscopio (FWHM de ancho de pico completo), lo que nos hace calcular el valor de la densidad de potencia a partir de la densidad de energía, que es alta. La mitad de la altura y el ancho más apropiados deben calcularse por la integral. 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 usar una sola energía de pulso para calcular, una sola energía de pulso/ancho de pulso/área de punto, que es la potencia promedio espacial, y luego multiplicada por 2, para la potencia pico espacial (la distribución espacial es la distribución de Gauss es un tratamiento de este tipo, el sombrero de copa no necesita hacerlo), y luego multiplicado por una expresión de distribución radial, y listo.
Hora de publicación: 12 de junio de 2024