วิธีการปฏิวัติการวัดกำลังแสง

วิธีการปฏิวัติการวัดกำลังแสง
เลเซอร์ทุกประเภทและความเข้มข้นมีอยู่ทุกที่ ตั้งแต่ตัวชี้สำหรับการผ่าตัดตา ลำแสง ไปจนถึงโลหะที่ใช้ตัดผ้าและผลิตภัณฑ์อื่นๆ อีกมากมาย ใช้ในเครื่องพิมพ์ อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล และการสื่อสารด้วยแสงการใช้งานด้านการผลิต เช่น การเชื่อม อาวุธและการวัดระยะทางทหาร อุปกรณ์ทางการแพทย์ และยังมีการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย ยิ่งบทบาทที่มีบทบาทสำคัญมากเท่าใดเลเซอร์สิ่งที่เร่งด่วนกว่าคือความจำเป็นในการปรับเทียบกำลังเอาต์พุตให้แม่นยำ
เทคนิคดั้งเดิมในการวัดกำลังเลเซอร์จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่สามารถดูดซับพลังงานทั้งหมดในลำแสงในรูปของความร้อน นักวิจัยสามารถคำนวณกำลังของเลเซอร์ได้โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
แต่จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีวิธีการวัดกำลังเลเซอร์แบบเรียลไทม์ได้อย่างแม่นยำในระหว่างการผลิต เช่น เมื่อเลเซอร์ตัดหรือหลอมวัตถุ หากไม่มีข้อมูลนี้ ผู้ผลิตบางรายอาจต้องใช้เวลาและเงินมากขึ้นในการประเมินว่าชิ้นส่วนของตนเป็นไปตามข้อกำหนดการผลิตหลังการผลิตหรือไม่
แรงดันรังสีช่วยแก้ปัญหานี้ได้ แสงไม่มีมวล แต่มีโมเมนตัม ซึ่งทำให้เกิดแรงเมื่อกระทบวัตถุ แรงของลำแสงเลเซอร์ขนาด 1 กิโลวัตต์ (kW) มีขนาดเล็กแต่สามารถสังเกตเห็นได้ – ประมาณน้ำหนักของเม็ดทราย นักวิจัยได้บุกเบิกเทคนิคที่ปฏิวัติวงการในการวัดพลังงานแสงทั้งปริมาณมากและปริมาณน้อย โดยการตรวจจับแรงดันรังสีที่แสงกระทำต่อกระจก มาโนมิเตอร์รังสี (Radiation Manometer: RPPM) ออกแบบมาเพื่อวัดพลังงานแสงกำลังสูงแหล่งกำเนิดแสงโดยใช้เครื่องชั่งในห้องปฏิบัติการความแม่นยำสูงพร้อมกระจกที่สามารถสะท้อนแสงได้ 99.999% เมื่อลำแสงเลเซอร์สะท้อนออกจากกระจก เครื่องชั่งจะบันทึกแรงกดที่กระทำ จากนั้นแรงที่วัดได้จะถูกแปลงเป็นค่ากำลัง
ยิ่งลำแสงเลเซอร์มีกำลังมากเท่าใด การเคลื่อนตัวของตัวสะท้อนแสงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ด้วยการตรวจจับปริมาณการเคลื่อนตัวนี้อย่างแม่นยำ นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดกำลังของลำแสงได้อย่างแม่นยำ แรงเค้นที่เกิดขึ้นนั้นน้อยมาก ลำแสงที่มีกำลังแรงสูงพิเศษ 100 กิโลวัตต์ จะออกแรงในช่วง 68 มิลลิกรัม การวัดความดันรังสีที่แม่นยำด้วยกำลังที่ต่ำกว่ามากนั้น จำเป็นต้องอาศัยการออกแบบที่ซับซ้อนและการพัฒนาทางวิศวกรรมอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบันมีการออกแบบ RPPM แบบดั้งเดิมสำหรับเลเซอร์กำลังสูง ในขณะเดียวกัน ทีมนักวิจัยกำลังพัฒนาเครื่องมือรุ่นใหม่ที่ชื่อว่า Beam Box ซึ่งจะปรับปรุง RPPM ผ่านการวัดกำลังเลเซอร์แบบออนไลน์อย่างง่าย และขยายช่วงการตรวจจับให้ใช้พลังงานต่ำลง อีกเทคโนโลยีหนึ่งที่พัฒนาขึ้นในต้นแบบยุคแรกคือ Smart Mirror ซึ่งจะลดขนาดของเครื่องวัดลงอีก และทำให้สามารถตรวจจับพลังงานที่น้อยมากได้ ในที่สุด เทคโนโลยีนี้จะขยายการวัดความดันรังสีที่แม่นยำให้ไปถึงระดับที่ใช้โดยคลื่นวิทยุหรือลำแสงไมโครเวฟ ซึ่งปัจจุบันยังขาดความสามารถในการวัดที่แม่นยำอย่างมาก
โดยทั่วไปแล้ว กำลังเลเซอร์ที่สูงขึ้นจะวัดโดยการเล็งลำแสงไปยังน้ำหมุนเวียนในปริมาณที่กำหนดและตรวจจับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ถังที่ใช้อาจมีขนาดใหญ่และมีปัญหาเรื่องการพกพา การสอบเทียบมักต้องใช้การส่งเลเซอร์ไปยังห้องปฏิบัติการมาตรฐาน ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือ เครื่องมือตรวจจับอาจเสียหายจากลำแสงเลเซอร์ที่ควรจะวัดได้ แบบจำลองความดันรังสีต่างๆ สามารถขจัดปัญหาเหล่านี้และทำให้สามารถวัดกำลังได้อย่างแม่นยำ ณ สถานที่ปฏิบัติงานของผู้ใช้