צפיפות הספק וצפיפות אנרגיה של לייזר

צפיפות הספק וצפיפות אנרגיה של לייזר

צפיפות היא גודל פיזיקלי שאנו מכירים היטב בחיי היומיום שלנו, הצפיפות שאנו באים במגע איתה הכי הרבה היא צפיפות החומר, הנוסחה היא ρ=m/v, כלומר, צפיפות שווה למסה חלקי נפח. אבל צפיפות ההספק וצפיפות האנרגיה של הלייזר שונות, כאן מחולקות בשטח ולא בנפח. הספק הוא גם המגע שלנו עם הרבה כמויות פיזיקליות, מכיוון שאנו משתמשים בחשמל כל יום, חשמל כרוך בהספק, יחידת ההספק הבינלאומית היא W, כלומר J/s, הוא היחס בין אנרגיה ליחידת זמן, יחידת האנרגיה הבינלאומית היא J. אז צפיפות ההספק היא מושג השילוב של הספק וצפיפות, אבל כאן זה שטח הקרינה של הנקודה ולא הנפח, ההספק מחולק בשטח נקודת הפלט הוא צפיפות ההספק, כלומר, יחידת צפיפות ההספק היא W/m2, וב...שדה לייזר, מכיוון ששטח נקודת הקרינה של הלייזר קטן למדי, כך שבדרך כלל משתמשים ב-W/cm2 כיחידה. צפיפות האנרגיה מוסרת ממושג הזמן, ומשלבת אנרגיה וצפיפות, והיחידה היא J/cm2. בדרך כלל, לייזרים רציפים מתוארים באמצעות צפיפות הספק, בעודלייזרים פועמיםמתוארים באמצעות צפיפות הספק וצפיפות אנרגיה כאחד.

כאשר הלייזר פועל, צפיפות ההספק קובעת בדרך כלל האם מגיעים לסף ההרס, הפירוק או חומרים אחרים הפועלים. סף הוא מושג המופיע לעתים קרובות כאשר חוקרים את האינטראקציה של לייזרים עם חומר. לחקר חומרי אינטראקציה של לייזר עם פולסים קצרים (שניתנים להתייחס אליהם כשלב us), פולסים קצרים במיוחד (שניתנים להתייחס אליהם כשלב ns), ואפילו חומרים בעלי אינטראקציה מהירה במיוחד (שלב ps ו-fs), חוקרים מוקדמים בדרך כלל אימצו את מושג צפיפות האנרגיה. מושג זה, ברמת האינטראקציה, מייצג את האנרגיה הפועלת על המטרה ליחידת שטח, במקרה של לייזר באותה רמה, לדיון זה יש משמעות רבה יותר.

יש גם סף לצפיפות האנרגיה של הזרקת פולס בודד. זה גם הופך את חקר האינטראקציה בין לייזר לחומר למסובך יותר. עם זאת, ציוד הניסויים של היום משתנה כל הזמן, מגוון של רוחב פולס, אנרגיית פולס בודד, תדירות החזרה ופרמטרים אחרים משתנים כל הזמן, ואפילו צריך לקחת בחשבון את הפלט בפועל של הלייזר בתנודות אנרגיית פולס. במקרה של מדידת צפיפות האנרגיה, זה עשוי להיות גס מדי. באופן כללי, ניתן להסיק באופן גס שצפיפות האנרגיה מחולקת ברוחב הפולס היא צפיפות ההספק הממוצעת בזמן (שימו לב שזה זמן, לא מרחב). עם זאת, ברור שצורת הגל בפועל של הלייזר עשויה לא להיות מלבנית, מרובעת, או אפילו גל פעמון או גאוסית, וחלקם נקבעים על ידי תכונות הלייזר עצמו, שהוא צורה יותר.

רוחב הפולס ניתן בדרך כלל על ידי רוחב חצי הגובה המסופק על ידי האוסילוסקופ (FWHM חצי רוחב שיא מלא), מה שגורם לנו לחשב את ערך צפיפות ההספק מצפיפות האנרגיה, שהיא גבוהה. את חצי הגובה והרוחב המתאימים יותר יש לחשב על ידי האינטגרל, חצי גובה ורוחב. לא נערכה חקירה מפורטת האם יש סטנדרט ניואנסים רלוונטי לדעת. עבור צפיפות ההספק עצמה, בעת ביצוע חישובים, בדרך כלל ניתן להשתמש באנרגיית פולס יחיד כדי לחשב, אנרגיית פולס יחיד/רוחב פולס/שטח נקודה, שהוא ההספק הממוצע המרחבי, ולאחר מכן להכפיל ב-2, עבור הספק השיא המרחבי (ההתפלגות המרחבית היא התפלגות גאוס היא טיפול כזה, טופ-האט לא צריך לעשות זאת), ולאחר מכן להכפיל בביטוי התפלגות רדיאלית, וסיימת.