צפיפות הספק וצפיפות האנרגיה של לייזר

צפיפות הספק וצפיפות האנרגיה של לייזר

צפיפות היא גודל פיזיקלי שאנו מכירים מאוד בחיי היום-יום שלנו, הצפיפות שאנו יוצרים בה הכי הרבה קשר היא צפיפות החומר, הנוסחה היא ρ=m/v, כלומר צפיפות שווה למסה חלקי נפח. אבל צפיפות ההספק וצפיפות האנרגיה של הלייזר שונים, כאן מחולקים לפי השטח ולא בנפח. כוח הוא גם המגע שלנו עם הרבה כמויות פיזיות, מכיוון שאנו משתמשים בחשמל כל יום, חשמל יהיה כרוך בהספק, יחידת ההספק הבינלאומית הסטנדרטית היא W, כלומר J/s, היא היחס בין אנרגיה ליחידת זמן, יחידת האנרגיה הסטנדרטית הבינלאומית היא J. אז צפיפות ההספק היא הרעיון של שילוב הספק וצפיפות, אבל הנה אזור ההקרנה של הנקודה ולא הנפח, ההספק חלקי שטח נקודת המוצא הוא צפיפות ההספק, כלומר , יחידת צפיפות ההספק היא W/m2, וב-שדה לייזר, מכיוון ששטח נקודת הקרנת הלייזר קטן למדי, ולכן בדרך כלל W/cm2 משמש כיחידה. צפיפות האנרגיה מוסרת ממושג הזמן, תוך שילוב אנרגיה וצפיפות, והיחידה היא J/cm2. בדרך כלל, לייזרים רציפים מתוארים באמצעות צפיפות הספק, בעודלייזרים דופקיםמתוארים באמצעות צפיפות הספק וצפיפות אנרגיה כאחד.

כאשר הלייזר פועל, צפיפות ההספק קובעת בדרך כלל אם מגיעים לסף ההרס, ההשמדה, או חומרים פועלים אחרים. סף הוא מושג המופיע לעתים קרובות כאשר לומדים את האינטראקציה של לייזרים עם חומר. למחקר של דופק קצר (שיכול להיחשב כשלב ארה"ב), דופק קצר במיוחד (שיכול להיחשב כשלב ns), ואפילו חומרי אינטראקציה בלייזר מהירים במיוחד (שלבי ps ו-fs), חוקרים מוקדמים בדרך כלל לאמץ את הרעיון של צפיפות אנרגיה. מושג זה, ברמת האינטראקציה, מייצג את האנרגיה הפועלת על המטרה ליחידת שטח, במקרה של לייזר באותה רמה, לדיון הזה יש משמעות גדולה יותר.

יש גם סף לצפיפות האנרגיה של הזרקת דופק בודד. זה גם הופך את המחקר של אינטראקציית לייזר-חומר למסובך יותר. עם זאת, הציוד הניסיוני של היום משתנה כל הזמן, מגוון רחב של רוחב פולס, אנרגיית פולס בודד, תדירות חזרות ופרמטרים נוספים משתנים כל הזמן, ואף צריך להתחשב בפלט בפועל של הלייזר בתנודות אנרגטיות של דופק במקרה של צפיפות אנרגיה למדוד, עשוי להיות גס מדי. באופן כללי, ניתן להתייחס באופן גס לכך שצפיפות האנרגיה חלקי רוחב הפולסים היא צפיפות ההספק הממוצעת בזמן (שים לב שזה זמן, לא חלל). עם זאת, ברור שצורת הגל של הלייזר בפועל עשויה לא להיות מלבנית, גל מרובעת, או אפילו פעמון או גאוס, וחלקן נקבעות על ידי תכונות הלייזר עצמו, המעוצב יותר.

רוחב הפולס ניתן לרוב על ידי רוחב חצי הגובה שמספק האוסילוסקופ (שיא חצי רוחב מלא FWHM), מה שגורם לנו לחשב את ערך צפיפות ההספק מצפיפות האנרגיה, שהיא גבוהה. יש לחשב את חצי הגובה והרוחב המתאימים יותר לפי האינטגרל, חצי הגובה והרוחב. לא נערך בירור מפורט אם יש תקן ניואנסים רלוונטי לדעת. עבור צפיפות ההספק עצמה, בעת ביצוע חישובים, ניתן בדרך כלל להשתמש באנרגיית פולס בודדת לחישוב, אנרגיית פולס בודדת/רוחב פולס/שטח נקודה , שהוא ההספק הממוצע המרחבי, ולאחר מכן מוכפל ב-2, עבור הספק השיא המרחבי (ההתפלגות המרחבית היא התפלגות גאוס היא טיפול כזה, כובע העליון לא צריך לעשות זאת), ולאחר מכן מוכפל בביטוי התפלגות רדיאלית , וסיימת.