วิธีการวัดกำลังแสงแบบปฏิวัติวงการ

วิธีการวัดกำลังแสงแบบปฏิวัติวงการ
เลเซอร์รังสีเอกซ์ทุกประเภทและทุกความเข้มมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง ตั้งแต่เข็มชี้สำหรับการผ่าตัดตา ไปจนถึงลำแสง โลหะที่ใช้ตัดเย็บเสื้อผ้า และผลิตภัณฑ์อื่นๆ อีกมากมาย นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องพิมพ์ อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล และอื่นๆ อีกมากมายการสื่อสารด้วยแสงการใช้งานด้านการผลิต เช่น การเชื่อม; อาวุธและการวัดระยะทางทหาร; อุปกรณ์ทางการแพทย์; และยังมีแอปพลิเคชันอื่นๆ อีกมากมาย ยิ่งบทบาทที่สำคัญของสิ่งนี้มากเท่าไร ก็ยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นเท่านั้นเลเซอร์ยิ่งทำให้ความจำเป็นในการปรับเทียบกำลังไฟฟ้าขาออกอย่างแม่นยำนั้นมีความเร่งด่วนมากขึ้น
เทคนิคดั้งเดิมในการวัดกำลังเลเซอร์นั้นต้องใช้อุปกรณ์ที่สามารถดูดซับพลังงานทั้งหมดในลำแสงให้เป็นความร้อนได้ โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ นักวิจัยสามารถคำนวณกำลังของเลเซอร์ได้
แต่จนถึงปัจจุบัน ยังไม่มีวิธีใดที่จะวัดกำลังเลเซอร์ได้อย่างแม่นยำแบบเรียลไทม์ในระหว่างกระบวนการผลิต เช่น เมื่อเลเซอร์ตัดหรือหลอมวัตถุ หากไม่มีข้อมูลนี้ ผู้ผลิตบางรายอาจต้องใช้เวลาและเงินมากขึ้นในการประเมินว่าชิ้นส่วนของตนตรงตามข้อกำหนดการผลิตหรือไม่หลังจากการผลิตเสร็จสิ้น
แรงดันรังสีช่วยแก้ปัญหานี้ได้ แสงไม่มีมวล แต่มีโมเมนตัม ซึ่งทำให้เกิดแรงเมื่อกระทบกับวัตถุ แรงจากลำแสงเลเซอร์ 1 กิโลวัตต์ (kW) นั้นเล็กน้อย แต่สังเกตได้ – ประมาณน้ำหนักของเม็ดทราย นักวิจัยได้บุกเบิกเทคนิคปฏิวัติวงการในการวัดพลังงานแสงปริมาณมากและน้อยโดยการตรวจจับแรงดันรังสีที่แสงกระทำต่อกระจก เครื่องวัดแรงดันรังสี (RPPM) ได้รับการออกแบบมาสำหรับพลังงานสูงแหล่งกำเนิดแสงโดยใช้เครื่องชั่งห้องปฏิบัติการความแม่นยำสูงที่มีกระจกสะท้อนแสงได้ถึง 99.999% เมื่อลำแสงเลเซอร์สะท้อนจากกระจก เครื่องชั่งจะบันทึกแรงกดที่เกิดขึ้น จากนั้นค่าแรงที่วัดได้จะถูกแปลงเป็นค่ากำลังไฟฟ้า
ยิ่งกำลังของลำแสงเลเซอร์สูงเท่าไร การเคลื่อนที่ของตัวสะท้อนแสงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ด้วยการตรวจจับปริมาณการเคลื่อนที่นี้อย่างแม่นยำ นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถวัดกำลังของลำแสงได้อย่างละเอียดอ่อน ความเครียดที่เกิดขึ้นนั้นอาจน้อยมาก ลำแสงที่ทรงพลังมากถึง 100 กิโลวัตต์ จะออกแรงเพียง 68 มิลลิกรัม การวัดความดันรังสีอย่างแม่นยำที่กำลังต่ำกว่ามากนั้น จำเป็นต้องมีการออกแบบที่ซับซ้อนสูงและวิศวกรรมที่ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบัน RPPM นำเสนอการออกแบบดั้งเดิมสำหรับเลเซอร์กำลังสูง ในขณะเดียวกัน ทีมวิจัยกำลังพัฒนาเครื่องมือรุ่นต่อไปที่เรียกว่า Beam Box ซึ่งจะปรับปรุง RPPM ผ่านการวัดกำลังเลเซอร์แบบออนไลน์ที่ง่ายขึ้น และขยายช่วงการตรวจจับไปยังกำลังที่ต่ำกว่า เทคโนโลยีอีกอย่างที่พัฒนาขึ้นในต้นแบบแรกๆ คือ Smart Mirror ซึ่งจะช่วยลดขนาดของมิเตอร์ลงอีก และให้ความสามารถในการตรวจจับกำลังที่น้อยมาก ในที่สุด มันจะขยายการวัดความดันรังสีที่แม่นยำไปยังระดับที่ใช้โดยคลื่นวิทยุหรือลำแสงไมโครเวฟ ซึ่งปัจจุบันยังขาดความสามารถในการวัดอย่างแม่นยำอย่างมาก
โดยทั่วไป การวัดกำลังเลเซอร์ที่สูงขึ้นจะทำได้โดยการเล็งลำแสงไปที่ปริมาณน้ำที่ไหลเวียนอยู่ และตรวจจับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ถังที่ใช้มีขนาดใหญ่ และการเคลื่อนย้ายก็เป็นปัญหา การสอบเทียบมักต้องส่งสัญญาณเลเซอร์ไปยังห้องปฏิบัติการมาตรฐาน ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือ เครื่องมือตรวจวัดมีความเสี่ยงที่จะเสียหายจากลำแสงเลเซอร์ที่มันควรจะวัด แบบจำลองแรงดันรังสีต่างๆ สามารถขจัดปัญหาเหล่านี้และช่วยให้สามารถวัดกำลังได้อย่างแม่นยำ ณ สถานที่ของผู้ใช้