كثافة القدرة وكثافة طاقة الليزر
الكثافة هي كمية فيزيائية مألوفة جدًا في حياتنا اليومية، والكثافة التي نلامسها أكثر هي كثافة المادة، والصيغة هي ρ = م/ف، أي أن الكثافة تساوي الكتلة مقسومة على الحجم. لكن كثافة القدرة وكثافة طاقة الليزر مختلفتان، هنا مقسومة على المساحة بدلاً من الحجم. القدرة هي أيضًا اتصالنا بالعديد من الكميات الفيزيائية، لأننا نستخدم الكهرباء كل يوم، فإن الكهرباء ستشمل القدرة، ووحدة القياس الدولية للقدرة هي W، أي J/s، وهي نسبة الطاقة إلى وحدة الزمن، ووحدة القياس الدولية للطاقة هي J. لذا فإن كثافة القدرة هي مفهوم الجمع بين القدرة والكثافة، ولكن هنا مساحة إشعاع البقعة بدلاً من الحجم، والقدرة مقسومة على مساحة البقعة الناتجة هي كثافة القدرة، أي أن وحدة كثافة القدرة هي W/m2، وفيمجال الليزرنظرًا لصغر مساحة بقعة إشعاع الليزر، تُستخدم عادةً وحدة واط/سم². تُحذف كثافة الطاقة من مفهوم الزمن، حيث تجمع بين الطاقة والكثافة، وتُصبح جول/سم² وحدة القياس. 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 كان قد 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 أيضًا يجعل دراسة تفاعل الليزر مع المادة أكثر تعقيدًا. ومع ذلك، فإن المعدات التجريبية اليوم في تغير مستمر، وتتغير مجموعة متنوعة من عرض النبضة، وطاقة النبضة المفردة، وتردد التكرار، وغيرها من المعلمات باستمرار، 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 تقريبًا على متوسط كثافة القدرة الزمنية (لاحظ أنه الوقت، وليس المكان). ومع ذلك، من الواضح أن شكل موجة الليزر الفعلي قد لا يكون مستطيلًا أو موجة مربعة أو حتى جرسيًا أو غاوسيًا، ويتم تحديد بعضها من خلال خصائص الليزر نفسه، وهو أكثر شكلًا.
عادةً ما يُعطى عرض النبضة من خلال عرض نصف الارتفاع الذي يوفره راسم الذبذبات (عرض الذروة الكامل بنصف العرض عند الذروة الكاملة)، 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