Mật độ năng lượng và mật độ năng lượng của laser

Mật độ năng lượng và mật độ năng lượng của laser

Mật độ là một đại lượng vật lý mà chúng ta rất quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày, mật độ chúng ta tiếp xúc nhiều nhất là mật độ của vật chất, công thức là ρ=m/v, tức là mật độ bằng khối lượng chia cho thể tích. Nhưng mật độ năng lượng và mật độ năng lượng của tia laser là khác nhau, ở đây được chia cho diện tích chứ không phải thể tích. Công suất cũng là nơi chúng ta tiếp xúc với rất nhiều đại lượng vật lý, vì chúng ta sử dụng điện hàng ngày nên điện sẽ bao gồm điện năng, đơn vị năng lượng tiêu chuẩn quốc tế là W, tức là J/s, là tỉ số giữa năng lượng và đơn vị thời gian, là đơn vị năng lượng tiêu chuẩn quốc tế là J. Vì vậy, mật độ công suất là khái niệm kết hợp công suất và mật độ, nhưng ở đây là diện tích chiếu xạ của điểm chứ không phải thể tích, công suất chia cho diện tích điểm đầu ra là mật độ công suất, nghĩa là , đơn vị của mật độ công suất là W/m2, và trongtrường laser, vì diện tích điểm chiếu xạ laser khá nhỏ nên thường sử dụng W/cm2 làm đơn vị. Mật độ năng lượng được loại bỏ khỏi khái niệm thời gian, kết hợp năng lượng và mật độ, và đơn vị là J/cm2. Thông thường, laser liên tục được mô tả bằng mật độ năng lượng, trong khilaser xungđược mô tả bằng cách sử dụng cả mật độ năng lượng và mật độ năng lượng.

Khi tia laser hoạt động, mật độ năng lượng thường xác định liệu có đạt đến ngưỡng phá hủy, mài mòn hoặc các vật liệu hoạt động khác hay không. Ngưỡng là khái niệm thường xuất hiện khi nghiên cứu sự tương tác của tia laser với vật chất. Để nghiên cứu xung ngắn (có thể được coi là giai đoạn us), xung cực ngắn (có thể được coi là giai đoạn ns) và thậm chí cả vật liệu tương tác laser cực nhanh (giai đoạn ps và fs), các nhà nghiên cứu ban đầu thường áp dụng khái niệm mật độ năng lượng. Khái niệm này, ở cấp độ tương tác, thể hiện năng lượng tác động lên mục tiêu trên một đơn vị diện tích, trong trường hợp tia laser có cùng cấp độ, cuộc thảo luận này có ý nghĩa lớn hơn.

Ngoài ra còn có một ngưỡng cho mật độ năng lượng của việc tiêm xung đơn. Điều này cũng làm cho việc nghiên cứu tương tác laser-vật chất trở nên phức tạp hơn. Tuy nhiên, thiết bị thí nghiệm ngày nay liên tục thay đổi, nhiều loại độ rộng xung, năng lượng xung đơn, tần số lặp lại và các thông số khác liên tục thay đổi và thậm chí cần xem xét đầu ra thực tế của laser trong dao động năng lượng xung trong trường hợp mật độ năng lượng để đo, có thể quá thô. Nói chung, có thể coi đại khái là mật độ năng lượng chia cho độ rộng xung là mật độ công suất trung bình theo thời gian (lưu ý rằng đó là thời gian, không phải không gian). Tuy nhiên, rõ ràng là dạng sóng laser thực tế có thể không phải là hình chữ nhật, sóng vuông hoặc thậm chí là hình chuông hoặc Gaussian, và một số được xác định bởi các đặc tính của chính tia laser, có hình dạng rõ ràng hơn.

Độ rộng xung thường được tính bằng độ rộng nửa chiều cao do máy hiện sóng cung cấp (FWHM nửa chiều cao cực đại), khiến chúng ta phải tính giá trị của mật độ năng lượng từ mật độ năng lượng cao. Nửa chiều cao và chiều rộng thích hợp hơn nên được tính bằng tích phân, nửa chiều cao và chiều rộng. Chưa có cuộc điều tra chi tiết nào về việc liệu có tiêu chuẩn sắc thái liên quan để biết hay không. Đối với bản thân mật độ công suất, khi thực hiện các phép tính, người ta thường có thể sử dụng một năng lượng xung đơn để tính toán, năng lượng xung/độ rộng xung/diện tích điểm , là công suất trung bình theo không gian, sau đó nhân với 2, đối với công suất cực đại trong không gian (phân bố không gian là phân bố Gauss là một cách xử lý như vậy, mũ trên cùng không cần phải làm như vậy), sau đó nhân với biểu thức phân bố xuyên tâm , Và bạn đã hoàn thành.