Densidade de potência e densidade de energia do laser
A densidade é uma grandeza física com a qual estamos muito familiarizados em nossa vida diária. A densidade com a qual mais entramos em contato é a densidade do material. A fórmula é ρ = m/v, ou seja, a densidade é igual à massa dividida pelo volume. Mas a densidade de potência e a densidade de energia do laser são diferentes, aqui divididas pela área em vez do volume. A potência também é o nosso contato com muitas grandezas físicas, porque usamos eletricidade todos os dias. A eletricidade envolverá potência. A unidade padrão internacional de potência é W, ou seja, J/s, é a razão entre a energia e a unidade de tempo. A unidade padrão internacional de energia é J. Portanto, a densidade de potência é o conceito de combinar potência e densidade, mas aqui é a área de irradiação do ponto em vez do volume. A potência dividida pela área do ponto de saída é a densidade de potência, ou seja, a unidade de densidade de potência é W/m².campo de laser, como a área do ponto de irradiação do laser é bastante pequena, geralmente W/cm² é usado como unidade. A densidade de energia é removida do conceito de tempo, combinando energia e densidade, e a unidade é J/cm². Normalmente, lasers contínuos são descritos usando a densidade de potência, enquantolasers pulsadossão descritos usando densidade de potência e densidade de energia.
Quando o laser atua, a densidade de potência geralmente determina se o limiar para destruição, ablação ou outros materiais atuantes é atingido. Limiar é um conceito frequentemente utilizado no estudo da interação de lasers com a matéria. Para o estudo de materiais de interação com lasers de pulso curto (que pode ser considerado o estágio us), pulso ultracurto (que pode ser considerado o estágio ns) e até mesmo ultrarrápido (estágios ps e fs), os pesquisadores iniciantes geralmente adotam o conceito de densidade de energia. No nível de interação, esse conceito representa a energia que atua no alvo por unidade de área; no caso de um laser do mesmo nível, essa discussão é de maior importância.
Há também um limite para a densidade de energia da injeção de pulso único. Isso também torna o estudo da interação laser-matéria mais complexo. No entanto, os equipamentos experimentais atuais estão em constante mudança, com uma variedade de parâmetros como largura de pulso, energia de pulso único, frequência de repetição e outros, e até mesmo a necessidade de considerar a saída real do laser em uma flutuação de energia de pulso, no caso da densidade de energia a ser medida, pode ser muito aproximada. Geralmente, pode-se considerar aproximadamente que a densidade de energia dividida pela largura de pulso é a densidade de potência média no tempo (observe que se trata do tempo, não do espaço). No entanto, é óbvio que a forma de onda real do laser pode não ser retangular, quadrada, ou mesmo de sino ou gaussiana, e algumas são determinadas pelas propriedades do próprio laser, que é mais moldado.
A largura de pulso é geralmente dada pela largura de meia altura fornecida pelo osciloscópio (FWHM de meia largura de pico completo), o que nos faz calcular o valor da densidade de potência a partir da densidade de energia, que é alta. A meia altura e a largura mais apropriadas devem ser calculadas pela integral, meia altura e largura. Não houve uma investigação detalhada sobre se existe um padrão de nuance relevante para saber. Para a densidade de potência em si, ao fazer cálculos, geralmente é possível usar uma única energia de pulso para calcular, uma única energia de pulso/largura de pulso/área de ponto, que é a potência média espacial, e então multiplicada por 2, para a potência de pico espacial (a distribuição espacial é a distribuição de Gauss é um tratamento desse tipo, o chapéu alto não precisa fazer isso), e então multiplicada por uma expressão de distribuição radial, e pronto.
Horário da publicação: 12/06/2024