Vermogensdichtheid en energiedichtheid van laser
Dichtheid is een fysieke grootheid waarmee we in ons dagelijks leven zeer vertrouwd zijn. De dichtheid waarmee we het meest in aanraking komen, is de dichtheid van het materiaal. De formule is ρ=m/v, dat wil zeggen dat de dichtheid gelijk is aan de massa gedeeld door het volume. Maar de vermogensdichtheid en energiedichtheid van de laser zijn verschillend, hier gedeeld door het oppervlak in plaats van het volume. Vermogen is ook ons contact met veel fysieke grootheden. Omdat we dagelijks elektriciteit gebruiken, zal elektriciteit vermogen inhouden. De internationale standaardeenheid voor vermogen is W, dat wil zeggen J/s. Dit is de verhouding tussen energie en tijdseenheid. De internationale standaardeenheid voor energie is J. De vermogensdichtheid is dus het concept van de combinatie van vermogen en dichtheid, maar hier is het bestralingsoppervlak van de spot in plaats van het volume. Het vermogen gedeeld door het oppervlak van de output spot is de vermogensdichtheid. De eenheid van vermogensdichtheid is W/m2.laserveldOmdat het oppervlak van de laserbestralingsplek vrij klein is, wordt over het algemeen W/cm² als eenheid gebruikt. De energiedichtheid wordt losgekoppeld van het tijdsbegrip, waarbij energie en dichtheid worden gecombineerd. De eenheid is J/cm². Continue lasers worden normaal gesproken beschreven met behulp van de vermogensdichtheid, terwijlgepulste lasersworden beschreven met behulp van zowel vermogensdichtheid als energiedichtheid.
Wanneer de laser inwerkt, bepaalt de vermogensdichtheid doorgaans of de drempelwaarde voor vernietiging, ablatie of andere inwerkende materialen wordt bereikt. Drempelwaarde is een concept dat vaak voorkomt bij het bestuderen van de interactie van lasers met materie. Voor de studie van materialen met een korte puls (die kan worden beschouwd als de us-fase), ultrakorte puls (die kan worden beschouwd als de ns-fase) en zelfs ultrasnelle (ps- en fs-fase) laserinteractie, hanteren vroege onderzoekers meestal het concept energiedichtheid. Dit concept, op het niveau van interactie, vertegenwoordigt de energie die per oppervlakte-eenheid op het doel inwerkt; in het geval van een laser van hetzelfde niveau is deze discussie van groter belang.
Er is ook een drempelwaarde voor de energiedichtheid van een enkele pulsinjectie. Dit maakt de studie van de interactie tussen laser en materie complexer. De huidige experimentele apparatuur verandert echter voortdurend, met verschillende parameters zoals pulsbreedte, energie van een enkele puls, herhalingsfrequentie en andere parameters. Zelfs de werkelijke output van de laser in een puls moet in aanmerking worden genomen. Energiefluctuaties in het geval van energiedichtheid kunnen te grof zijn. Over het algemeen kan ruwweg worden gesteld dat de energiedichtheid gedeeld door de pulsbreedte de gemiddelde vermogensdichtheid in de tijd is (let op: het gaat om tijd, niet om ruimte). Het is echter duidelijk dat de werkelijke lasergolfvorm niet rechthoekig, vierkant, of zelfs klokvormig of Gaussisch hoeft te zijn, maar dat sommige worden bepaald door de eigenschappen van de laser zelf, die meer vorm heeft.
De pulsbreedte wordt meestal gegeven door de halve hoogte die de oscilloscoop levert (volledige piek halve breedte FWHM), waardoor we de waarde van de vermogensdichtheid kunnen berekenen op basis van de energiedichtheid, die hoog is. De meest geschikte halve hoogte en breedte zouden berekend moeten worden door de integraal, halve hoogte en breedte. Er is geen gedetailleerd onderzoek gedaan naar de vraag of er een relevante nuancestandaard bestaat om dit te weten. Voor de vermogensdichtheid zelf is het bij berekeningen meestal mogelijk om de energie van een enkele puls te berekenen, een enkele pulsenergie/pulsbreedte/spotoppervlak, wat het ruimtelijk gemiddelde vermogen is, en dit vervolgens te vermenigvuldigen met 2 voor het ruimtelijke piekvermogen (de ruimtelijke verdeling is een dergelijke behandeling, top-hat hoeft dit niet te doen), en dit vervolgens te vermenigvuldigen met een radiale verdelingsexpressie. En klaar is Kees.
Plaatsingstijd: 12 juni 2024