كثافة الطاقة وكثافة طاقة الليزر

كثافة الطاقة وكثافة طاقة الليزر

الكثافة هي كمية فيزيائية مألوفة لدينا في حياتنا اليومية، والكثافة التي نتعامل معها أكثر من غيرها هي كثافة المادة، وصيغتها ρ=m/v، أي أن الكثافة تساوي الكتلة مقسومة على الحجم. لكن كثافة طاقة الليزر تختلف عن كثافة طاقة الليزر، هنا مقسومة على المساحة وليس على الحجم. الطاقة هي أيضًا اتصالنا بالكثير من الكميات الفيزيائية، لأننا نستخدم الكهرباء كل يوم، وستتضمن الكهرباء طاقة، والوحدة القياسية الدولية للطاقة هي W، أي J/s، وهي نسبة الطاقة إلى وحدة الوقت، و الوحدة القياسية الدولية للطاقة هي J. وبالتالي فإن كثافة الطاقة هي مفهوم الجمع بين الطاقة والكثافة، ولكن هنا هي منطقة تشعيع البقعة بدلاً من الحجم، والطاقة مقسومة على مساحة بقعة الإخراج هي كثافة الطاقة، أي وحدة كثافة الطاقة هي W/m2مجال الليزرنظرًا لأن مساحة بقعة إشعاع الليزر صغيرة جدًا، لذلك يتم استخدام W/cm2 بشكل عام كوحدة. يتم إزالة كثافة الطاقة من مفهوم الزمن، حيث تجمع بين الطاقة والكثافة، والوحدة هي J/cm2. عادة، يتم وصف الليزر المستمر باستخدام كثافة الطاقة، بينماالليزر النبضييتم وصفها باستخدام كل من كثافة الطاقة وكثافة الطاقة.

عندما يعمل الليزر، تحدد كثافة الطاقة عادة ما إذا تم الوصول إلى عتبة التدمير أو الاستئصال أو غيرها من المواد الفعالة. العتبة هي مفهوم يظهر غالبًا عند دراسة تفاعل الليزر مع المادة. لدراسة النبض القصير (الذي يمكن اعتباره المرحلة الأمريكية)، والنبض القصير جدًا (الذي يمكن اعتباره مرحلة ns)، وحتى مواد تفاعل الليزر فائقة السرعة (مرحلة ps وfs)، عادةً ما كان الباحثون الأوائل اعتماد مفهوم كثافة الطاقة. ويمثل هذا المفهوم، على مستوى التفاعل، الطاقة المؤثرة على الهدف لكل وحدة مساحة، وفي حالة الليزر من نفس المستوى، فإن هذا النقاش له أهمية أكبر.

هناك أيضًا عتبة لكثافة الطاقة لحقن النبض الفردي. وهذا أيضًا يجعل دراسة التفاعل بين الليزر والمادة أكثر تعقيدًا. ومع ذلك، فإن المعدات التجريبية اليوم تتغير باستمرار، ومجموعة متنوعة من عرض النبضة، وطاقة النبضة الفردية، وتردد التكرار وغيرها من المعلمات تتغير باستمرار، بل وتحتاج إلى النظر في الإخراج الفعلي لليزر في تقلبات طاقة النبض في حالة كثافة الطاقة قد يكون القياس قاسيًا للغاية. بشكل عام، يمكن اعتبار أن كثافة الطاقة مقسومة على عرض النبضة هي متوسط ​​كثافة الطاقة الزمنية (لاحظ أنه وقت وليس مكان). ومع ذلك، فمن الواضح أن الشكل الموجي الفعلي لليزر قد لا يكون مستطيلاً أو مربعًا أو حتى جرسيًا أو غاوسيًا، وبعضها يتم تحديده من خلال خصائص الليزر نفسه، وهو أكثر شكلاً.

يتم تحديد عرض النبضة عادة من خلال عرض نصف الارتفاع الذي يوفره راسم الذبذبات (FWHM) بذروة كاملة ونصف عرض، مما يجعلنا نحسب قيمة كثافة الطاقة من كثافة الطاقة، وهي عالية. يجب حساب نصف الارتفاع والعرض الأكثر ملاءمة من خلال التكامل، نصف الارتفاع والعرض. لم يكن هناك تحقيق تفصيلي حول ما إذا كان هناك معيار دقيق ذي صلة للمعرفة. بالنسبة لكثافة الطاقة نفسها، عند إجراء الحسابات، من الممكن عادةً استخدام طاقة نبضة واحدة لحساب طاقة نبضة واحدة/عرض النبضة/مساحة البقعة ، وهو متوسط ​​القدرة المكانية، ثم ضربها بـ 2، لقوة الذروة المكانية (التوزيع المكاني هو توزيع غاوس مثل هذه المعالجة، ولا تحتاج القبعة العلوية إلى القيام بذلك)، ثم ضربها بتعبير توزيع شعاعي ، وقد انتهيت.