Effekttetthet og energitetthet for laser

Effekttetthet og energitetthet for laser

Tetthet er en fysisk størrelse vi er godt kjent med i hverdagen. Tettheten vi er mest i kontakt med er materialets tetthet. Formelen er ρ = m/v, det vil si at tetthet er lik masse delt på volum. Men effekttettheten og energitettheten til laseren er forskjellige, her delt på arealet i stedet for volumet. Effekt er også vår kontakt med mange fysiske størrelser. Fordi vi bruker elektrisitet hver dag, vil elektrisitet involvere effekt. Den internasjonale standardenheten for effekt er W, det vil si at J/s er forholdet mellom energi og tidsenhet. Den internasjonale standardenheten for energi er J. Så effekttetthet er konseptet med å kombinere effekt og tetthet, men her er bestrålingsarealet til punktet i stedet for volumet. Effekten delt på utgangspunktets areal er effekttettheten, det vil si at enheten for effekttetthet er W/m2.laserfelt, fordi laserens bestrålingsflakareal er ganske lite, brukes vanligvis W/cm2 som en enhet. Energitettheten er fjernet fra tidsbegrepet, og kombinerer energi og tetthet, og enheten er J/cm2. Normalt beskrives kontinuerlige lasere ved hjelp av effekttetthet, menspulserte laserebeskrives ved bruk av både effekttetthet og energitetthet.

Når laseren virker, bestemmer effekttettheten vanligvis om terskelen for å ødelegge, ablere eller andre virkende materialer nås. Terskel er et konsept som ofte dukker opp når man studerer interaksjonen mellom lasere og materie. For studiet av kortpuls- (som kan betraktes som us-stadiet), ultrakortpuls- (som kan betraktes som ns-stadiet) og til og med ultrahurtige (ps- og fs-stadiet) laserinteraksjonsmaterialer, bruker tidlige forskere vanligvis konseptet energitetthet. Dette konseptet, på interaksjonsnivå, representerer energien som virker på målet per arealenhet, og i tilfelle en laser på samme nivå er denne diskusjonen av større betydning.

Det finnes også en terskelverdi for energitettheten til enkeltpulsinjeksjon. Dette gjør også studiet av laser-stoff-interaksjon mer komplisert. Dagens eksperimentelle utstyr er imidlertid i stadig endring, og en rekke parametere som pulsbredde, enkeltpulsenergi, repetisjonsfrekvens og andre endrer seg stadig. Selv om man må ta hensyn til laserens faktiske utgang, kan svingningene i pulsenergien være for grove. Generelt kan man grovt anta at energitettheten delt på pulsbredden er den gjennomsnittlige effekttettheten over tid (merk at det er tid, ikke rom). Det er imidlertid åpenbart at den faktiske laserbølgeformen kanskje ikke er rektangulær, firkantet eller til og med klokke- eller gaussisk, og at noen av dem bestemmes av egenskapene til selve laseren, som er mer formet.

Pulsbredden er vanligvis gitt av halvhøydebredden levert av oscilloskopet (full topp halvbredde FWHM), noe som får oss til å beregne verdien av effekttettheten fra energitettheten, som er høy. Den mer passende halvhøyden og bredden bør beregnes av integralet, halvhøyden og bredden. Det har ikke vært noen detaljert undersøkelse av om det finnes en relevant nyansestandard for å vite det. For selve effekttettheten, når man utfører beregninger, er det vanligvis mulig å bruke en enkelt pulsenergi til å beregne, en enkelt pulsenergi/pulsbredde/punktareal, som er den romlige gjennomsnittseffekten, og deretter multiplisere med 2, for den romlige toppeffekten (den romlige fordelingen er Gauss-fordeling er en slik behandling, top-hat trenger ikke å gjøre det), og deretter multiplisere med et radielt fordelingsuttrykk, og du er ferdig.