Densità di potenza e densità di energia del laser
La densità è una grandezza fisica con cui abbiamo molta familiarità nella vita quotidiana. La densità con cui entriamo maggiormente in contatto è la densità del materiale. La formula è ρ=m/v, ovvero la densità è uguale alla massa divisa per il volume. Tuttavia, la densità di potenza e la densità di energia del laser sono diverse, qui divise per l'area anziché per il volume. La potenza è anche il nostro contatto con molte grandezze fisiche, poiché usiamo l'elettricità ogni giorno. L'elettricità implica potenza. L'unità di misura standard internazionale della potenza è W, ovvero J/s, che è il rapporto tra energia e unità di tempo. L'unità di misura standard internazionale dell'energia è J. Quindi la densità di potenza è il concetto che combina potenza e densità, ma qui si tratta dell'area di irradiazione del punto luminoso piuttosto che del volume. La potenza divisa per l'area del punto luminoso di uscita è la densità di potenza, ovvero l'unità di misura della densità di potenza è W/m².campo laser, poiché l'area del punto di irradiazione laser è piuttosto piccola, generalmente si utilizza il W/cm² come unità. La densità di energia viene separata dal concetto di tempo, combinando energia e densità, e l'unità è J/cm². Normalmente, i laser continui sono descritti utilizzando la densità di potenza, mentrelaser pulsatisono descritti utilizzando sia la densità di potenza che la densità di energia.
Quando il laser agisce, la densità di potenza determina solitamente se viene raggiunta la soglia per la distruzione, l'ablazione o altri materiali attivi. La soglia è un concetto che ricorre spesso nello studio dell'interazione dei laser con la materia. Per lo studio dei materiali a impulso breve (che può essere considerato come stadio US), a impulso ultrabreve (che può essere considerato come stadio NS) e persino a interazione laser ultraveloce (stadi ps e fs), i primi ricercatori adottano solitamente il concetto di densità di energia. Questo concetto, a livello di interazione, rappresenta l'energia agente sul bersaglio per unità di area; nel caso di un laser dello stesso livello, questa discussione è di maggiore importanza.
Esiste anche una soglia per la densità di energia dell'iniezione di un singolo impulso. Questo rende ancora più complicato lo studio dell'interazione laser-materia. Tuttavia, le attuali apparecchiature sperimentali sono in continua evoluzione, così come la varietà di durata dell'impulso, energia del singolo impulso, frequenza di ripetizione e altri parametri, e persino considerare l'uscita effettiva del laser in caso di fluttuazioni di energia dell'impulso nel caso della misurazione della densità di energia potrebbe essere troppo approssimativo. In generale, si può approssimativamente considerare che la densità di energia divisa per la durata dell'impulso rappresenti la densità di potenza media temporale (si noti che si tratta di tempo, non di spazio). Tuttavia, è ovvio che la forma d'onda laser effettiva potrebbe non essere rettangolare, quadra, a campana o gaussiana, e alcune sono determinate dalle proprietà del laser stesso, che presenta una forma più complessa.
La larghezza dell'impulso è solitamente data dalla larghezza a mezza altezza fornita dall'oscilloscopio (FWHM a mezza altezza a picco completo), che ci permette di calcolare il valore della densità di potenza dalla densità di energia, che è elevata. La mezza altezza e larghezza più appropriate dovrebbero essere calcolate tramite l'integrale, mezza altezza e larghezza. Non è stata condotta un'indagine dettagliata per stabilire se esista uno standard di precisione rilevante per conoscerla. Per la densità di potenza stessa, quando si eseguono calcoli, è solitamente possibile utilizzare l'energia di un singolo impulso per calcolare un singolo impulso di energia/larghezza dell'impulso/area del punto, che è la potenza media spaziale, e quindi moltiplicare per 2, per ottenere la potenza di picco spaziale (la distribuzione spaziale è la distribuzione di Gauss è un tale trattamento, il cappello a cilindro non è necessario), e quindi moltiplicare per un'espressione di distribuzione radiale, e il gioco è fatto.
Data di pubblicazione: 12 giugno 2024