ความหนาแน่นของพลังงานและความหนาแน่นของพลังงานของเลเซอร์

ความหนาแน่นของพลังงานและความหนาแน่นของพลังงานของเลเซอร์

ความหนาแน่นคือปริมาณทางกายภาพที่เราคุ้นเคยเป็นอย่างดีในชีวิตประจำวัน ความหนาแน่นที่เราสัมผัสมากที่สุดคือความหนาแน่นของวัสดุ สูตรคือ ρ=m/v นั่นคือ ความหนาแน่นเท่ากับมวลหารด้วยปริมาตร แต่ความหนาแน่นของพลังงานและความหนาแน่นของพลังงานของเลเซอร์นั้นแตกต่างกัน โดยแบ่งตามพื้นที่มากกว่าปริมาตร พลังงานยังเป็นสิ่งที่เราสัมผัสกับปริมาณทางกายภาพจำนวนมาก เนื่องจากเราใช้ไฟฟ้าทุกวัน ไฟฟ้าจะเกี่ยวข้องกับพลังงาน หน่วยมาตรฐานสากลของกำลังคือ W นั่นคือ J/s คืออัตราส่วนของพลังงานและหน่วยเวลา หน่วยพลังงานมาตรฐานสากลคือ J ดังนั้นความหนาแน่นของพลังงานจึงเป็นแนวคิดของการรวมกำลังและความหนาแน่น แต่นี่คือพื้นที่การฉายรังสีของจุดแทนที่จะเป็นปริมาตร กำลังหารด้วยพื้นที่จุดเอาต์พุตคือความหนาแน่นของพลังงาน นั่นคือ โดยมีหน่วยของความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าคือ W/m2 และในสนามเลเซอร์เนื่องจากพื้นที่จุดฉายรังสีเลเซอร์มีขนาดค่อนข้างเล็ก โดยทั่วไป W/cm2 จึงถูกใช้เป็นหน่วย ความหนาแน่นของพลังงานถูกลบออกจากแนวคิดเรื่องเวลา โดยรวมพลังงานและความหนาแน่นเข้าด้วยกัน และมีหน่วยเป็น J/cm2 โดยปกติแล้ว เลเซอร์ต่อเนื่องจะอธิบายโดยใช้ความหนาแน่นของพลังงาน ในขณะที่เลเซอร์พัลส์ถูกอธิบายโดยใช้ทั้งความหนาแน่นของพลังงานและความหนาแน่นของพลังงาน

เมื่อเลเซอร์ทำงาน ความหนาแน่นของพลังงานมักจะกำหนดว่าถึงเกณฑ์ในการทำลาย การระเหย หรือวัสดุที่ออกฤทธิ์อื่นๆ หรือไม่ เกณฑ์เป็นแนวคิดที่มักปรากฏขึ้นเมื่อศึกษาปฏิสัมพันธ์ของเลเซอร์กับสสาร สำหรับการศึกษาพัลส์สั้น (ซึ่งถือได้ว่าเป็นระยะ us) พัลส์ที่สั้นเป็นพิเศษ (ซึ่งถือได้ว่าเป็นระยะ ns) และแม้แต่วัสดุปฏิสัมพันธ์ด้วยเลเซอร์ที่เร็วเป็นพิเศษ (ระยะ ps และ fs) นักวิจัยในยุคแรก ๆ มักจะ นำแนวคิดเรื่องความหนาแน่นของพลังงานมาใช้ แนวคิดนี้ในระดับปฏิสัมพันธ์ แสดงถึงพลังงานที่กระทำต่อเป้าหมายต่อหน่วยพื้นที่ ในกรณีของเลเซอร์ในระดับเดียวกัน การสนทนานี้มีความสำคัญมากกว่า

นอกจากนี้ยังมีเกณฑ์สำหรับความหนาแน่นของพลังงานของการฉีดพัลส์เดี่ยวด้วย นอกจากนี้ยังทำให้การศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์กับสสารมีความซับซ้อนมากขึ้น อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ทดลองในปัจจุบันมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ความกว้างของพัลส์ พลังงานพัลส์เดี่ยว ความถี่การทำซ้ำ และพารามิเตอร์อื่นๆ ที่หลากหลายเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา และยังจำเป็นต้องพิจารณาเอาท์พุตจริงของเลเซอร์ในความผันผวนของพลังงานพัลส์ในกรณีของความหนาแน่นของพลังงาน ในการวัดอาจหยาบเกินไป โดยทั่วไปอาจพิจารณาคร่าวๆ ได้ว่าความหนาแน่นของพลังงานหารด้วยความกว้างพัลส์คือความหนาแน่นของพลังงานโดยเฉลี่ยตามเวลา (โปรดทราบว่าเป็นเวลา ไม่ใช่อวกาศ) อย่างไรก็ตาม เห็นได้ชัดว่ารูปคลื่นเลเซอร์ที่เกิดขึ้นจริงอาจไม่ใช่รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า คลื่นสี่เหลี่ยม หรือแม้แต่ระฆังหรือเกาส์เซียน และบางส่วนถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของเลเซอร์เองซึ่งมีรูปทรงมากกว่า

ความกว้างของพัลส์มักจะถูกกำหนดโดยความกว้างครึ่งหนึ่งของความสูงที่ได้รับจากออสซิลโลสโคป (FWHM แบบเต็มความกว้างครึ่งหนึ่ง) ซึ่งทำให้เราต้องคำนวณค่าความหนาแน่นของพลังงานจากความหนาแน่นของพลังงานที่สูง ความสูงและความกว้างครึ่งหนึ่งที่เหมาะสมกว่าควรคำนวณโดยอินทิกรัล ความสูงและความกว้างครึ่งหนึ่ง ไม่มีการสอบถามโดยละเอียดว่ามีมาตรฐานความแตกต่างที่เกี่ยวข้องสำหรับการรู้หรือไม่ สำหรับความหนาแน่นของพลังงานเอง เมื่อทำการคำนวณ โดยปกติเป็นไปได้ที่จะใช้พลังงานพัลส์เดี่ยวในการคำนวณ พลังงานพัลส์เดี่ยว/ความกว้างพัลส์/พื้นที่จุด ซึ่งเป็นกำลังเฉลี่ยเชิงพื้นที่ แล้วคูณด้วย 2 สำหรับกำลังยอดเชิงพื้นที่ (การกระจายเชิงพื้นที่คือการแจกแจงแบบเกาส์เป็นวิธีปฏิบัติ หมวกทรงสูงไม่จำเป็นต้องทำเช่นนั้น) แล้วคูณด้วยนิพจน์การกระจายแนวรัศมี และคุณทำเสร็จแล้ว