Phương pháp đo công suất quang học mang tính cách mạng

Phương pháp đo công suất quang học mang tính cách mạng
Tia laserđủ loại và cường độ, có mặt ở khắp mọi nơi, từ đèn chiếu phẫu thuật mắt đến chùm tia sáng, kim loại dùng để cắt vải may mặc và nhiều sản phẩm khác. Chúng được sử dụng trong máy in, thiết bị lưu trữ dữ liệu vàtruyền thông quang học; Các ứng dụng sản xuất như hàn; Vũ khí quân sự và tầm bắn; Thiết bị y tế; Còn nhiều ứng dụng khác. Vai trò củatia laserthì nhu cầu hiệu chỉnh chính xác công suất đầu ra của nó càng trở nên cấp thiết hơn.
Các kỹ thuật truyền thống để đo công suất laser đòi hỏi một thiết bị có khả năng hấp thụ toàn bộ năng lượng trong chùm tia dưới dạng nhiệt. Bằng cách đo sự thay đổi nhiệt độ, các nhà nghiên cứu có thể tính toán công suất của laser.
Nhưng cho đến nay, vẫn chưa có cách nào để đo chính xác công suất laser theo thời gian thực trong quá trình sản xuất, ví dụ như khi tia laser cắt hoặc làm tan chảy một vật thể. Nếu không có thông tin này, một số nhà sản xuất có thể phải tốn nhiều thời gian và tiền bạc hơn để đánh giá xem các bộ phận của họ có đáp ứng thông số kỹ thuật sản xuất hay không sau khi sản xuất.
Áp suất bức xạ giải quyết vấn đề này. Ánh sáng không có khối lượng, nhưng có động lượng, tạo ra lực khi chiếu vào vật thể. Lực của chùm tia laser 1 kilowatt (kW) tuy nhỏ nhưng dễ nhận thấy – chỉ bằng trọng lượng của một hạt cát. Các nhà nghiên cứu đã tiên phong trong một kỹ thuật mang tính cách mạng để đo công suất ánh sáng lớn và nhỏ bằng cách phát hiện áp suất bức xạ do ánh sáng tác động lên gương. Áp kế bức xạ (RPPM) được thiết kế cho các ứng dụng công suất caonguồn sángSử dụng cân phòng thí nghiệm có độ chính xác cao với gương phản xạ 99,999% ánh sáng. Khi chùm tia laser phản xạ khỏi gương, cân sẽ ghi lại áp suất mà nó tác động. Sau đó, phép đo lực được chuyển đổi thành phép đo công suất.
Công suất chùm tia laser càng cao, độ dịch chuyển của gương phản xạ càng lớn. Bằng cách phát hiện chính xác lượng dịch chuyển này, các nhà khoa học có thể đo lường công suất của chùm tia một cách nhạy bén. Ứng suất liên quan có thể rất nhỏ. Một chùm tia siêu mạnh 100 kilowatt tạo ra lực trong phạm vi 68 miligam. Việc đo chính xác áp suất bức xạ ở công suất thấp hơn nhiều đòi hỏi thiết kế cực kỳ phức tạp và kỹ thuật liên tục được cải tiến. Hiện nay, chúng tôi cung cấp thiết kế RPPM ban đầu cho laser công suất cao hơn. Đồng thời, nhóm nghiên cứu đang phát triển một thiết bị thế hệ tiếp theo có tên là Beam Box, sẽ cải thiện RPPM thông qua các phép đo công suất laser trực tuyến đơn giản và mở rộng phạm vi phát hiện xuống công suất thấp hơn. Một công nghệ khác được phát triển trong các nguyên mẫu ban đầu là Smart Mirror, giúp giảm kích thước của máy đo và cung cấp khả năng phát hiện lượng công suất rất nhỏ. Cuối cùng, nó sẽ mở rộng các phép đo áp suất bức xạ chính xác đến các mức được áp dụng bởi sóng vô tuyến hoặc chùm vi sóng hiện đang thiếu khả năng đo chính xác.
Công suất laser cao hơn thường được đo bằng cách hướng chùm tia vào một lượng nước tuần hoàn nhất định và phát hiện sự gia tăng nhiệt độ. Các bể chứa liên quan có thể lớn và tính di động là một vấn đề. Việc hiệu chuẩn thường yêu cầu truyền laser đến một phòng thí nghiệm tiêu chuẩn. Một nhược điểm đáng tiếc khác: thiết bị phát hiện có nguy cơ bị hư hỏng bởi chùm tia laser mà nó cần đo. Nhiều mô hình áp suất bức xạ khác nhau có thể loại bỏ những vấn đề này và cho phép đo công suất chính xác tại chỗ của người dùng.