كثافة القدرة وكثافة طاقة الليزر
الكثافة كمية فيزيائية مألوفة لدينا في حياتنا اليومية، والكثافة التي نلمسها أكثر هي كثافة المادة، والصيغة هي ρ = م/ف، أي أن الكثافة تساوي الكتلة مقسومة على الحجم. لكن كثافة الطاقة وكثافة طاقة الليزر مختلفتان، هنا مقسومة على المساحة بدلاً من الحجم. الطاقة هي أيضًا اتصالنا بالعديد من الكميات الفيزيائية، لأننا نستخدم الكهرباء يوميًا، وستتضمن الكهرباء طاقة، ووحدة القياس الدولية للقدرة هي W، أي J/s، وهي نسبة الطاقة إلى وحدة الزمن، ووحدة القياس الدولية للطاقة هي J. لذا فإن كثافة الطاقة هي مفهوم الجمع بين الطاقة والكثافة، ولكن هنا مساحة الإشعاع للبقعة بدلاً من الحجم، الطاقة مقسومة على مساحة البقعة الناتجة هي كثافة الطاقة، أي أن وحدة كثافة الطاقة هي W/m2، وفيمجال الليزرلأن مساحة بقعة إشعاع الليزر صغيرة جدًا، تُستخدم عادةً وحدة واط/سم². تُحذف كثافة الطاقة من مفهوم الزمن، حيث تجمع بين الطاقة والكثافة، وتُصبح جول/سم². عادةً، تُوصف الليزرات المستمرة باستخدام كثافة الطاقة، بينماالليزر النبضييتم وصفها باستخدام كثافة القدرة وكثافة الطاقة.
عند عمل الليزر، عادةً ما تُحدد كثافة الطاقة ما إذا تم الوصول إلى عتبة التدمير، أو الإزالة، أو غيرها من المواد المؤثرة. العتبة مفهومٌ شائعٌ عند دراسة تفاعل الليزر مع المادة. لدراسة مواد تفاعل الليزر ذات النبضات القصيرة (التي تُعتبر مرحلة us)، والنبضات فائقة القصر (التي تُعتبر مرحلة ns)، وحتى مواد تفاعل الليزر فائقة السرعة (مرحلتا ps وfs)، عادةً ما يتبنى الباحثون الأوائل مفهوم كثافة الطاقة. يُمثل هذا المفهوم، على مستوى التفاعل، الطاقة المؤثرة على الهدف لكل وحدة مساحة. في حالة ليزر من نفس المستوى، تكتسب هذه المناقشة أهميةً أكبر.
هناك أيضًا حد لكثافة طاقة حقن النبضة المفردة. وهذا يُعقّد دراسة تفاعل الليزر مع المادة. ومع ذلك، فإن المعدات التجريبية الحالية في تغير مستمر، حيث تتغير مجموعة متنوعة من عرض النبضة، وطاقة النبضة المفردة، وتردد التكرار، وغيرها من المعلمات باستمرار، بل وحتى الحاجة إلى مراعاة الناتج الفعلي لليزر في تقلبات طاقة النبضة في حالة كثافة الطاقة المراد قياسها، قد تكون تقريبية للغاية. بشكل عام، يمكن اعتبار كثافة الطاقة مقسومة على عرض النبضة هي متوسط كثافة الطاقة الزمنية (لاحظ أنها زمانية وليست مكانية). ومع ذلك، من الواضح أن شكل موجة الليزر الفعلي قد لا يكون مستطيلًا أو مربعًا أو حتى جرسيًا أو غاوسيًا، وبعضها يُحدد بخصائص الليزر نفسه، وهو أكثر شكلًا.
عادةً ما يُعطى عرض النبضة من خلال عرض نصف الارتفاع الذي يوفره راسم الذبذبات (FWHM بنصف عرض الذروة الكامل)، مما يدفعنا إلى حساب قيمة كثافة الطاقة من كثافة الطاقة، وهي عالية. يجب حساب نصف الارتفاع والعرض الأكثر ملاءمة من خلال التكامل ونصف الارتفاع والعرض. لم يكن هناك استفسار مفصل حول ما إذا كان هناك معيار دقيق ذي صلة بالمعرفة. بالنسبة لكثافة الطاقة نفسها، عند إجراء الحسابات، من الممكن عادةً استخدام طاقة نبضة واحدة للحساب، طاقة نبضة واحدة/عرض نبضة/مساحة بقعة، وهي متوسط القدرة المكانية، ثم ضربها في 2، للحصول على القدرة المكانية القصوى (التوزيع المكاني هو توزيع غاوس هو مثل هذا العلاج، ولا تحتاج القبعة العلوية إلى القيام بذلك)، ثم ضربها في تعبير التوزيع الشعاعي، وقد انتهيت.
وقت النشر: ١٢ يونيو ٢٠٢٤