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 cui formula è ρ=m/v, ovvero la densità è uguale alla massa divisa per il volume. Ma la densità di potenza e la densità di energia del laser sono diverse, qui divise per l'area piuttosto che per il volume. Anche la potenza è il nostro punto di contatto con molte grandezze fisiche, perché usiamo l'elettricità ogni giorno; l'elettricità implica potenza, l'unità di misura internazionale della potenza è W, ovvero J/s, che rappresenta il rapporto tra energia e unità di tempo; l'unità di misura internazionale dell'energia è J. Quindi la densità di potenza è il concetto di combinazione di potenza e densità, ma qui è l'area di irradiazione del punto piuttosto che il volume; la potenza divisa per l'area del punto 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, quindi generalmente si usa W/cm2 come unità. La densità di energia viene rimossa dal concetto di tempo, combinando energia e densità, e l'unità è J/cm2. Normalmente, i laser continui sono descritti usando la densità di potenza, mentrelaser pulsativengono descritte 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 effetti sui materiali. La soglia è un concetto che ricorre spesso nello studio dell'interazione dei laser con la materia. Per lo studio dell'interazione laser con materiali mediante impulsi brevi (che possono essere considerati come microsecondi), impulsi ultracorti (che possono essere considerati come come impulsi nanosecondi) e persino laser ultrarapidi (come impulsi picosecondi e femtosecondi), i primi ricercatori adottavano solitamente il concetto di densità di energia. Questo concetto, a livello di interazione, rappresenta l'energia che agisce sul bersaglio per unità di area; nel caso di un laser di questo livello, tale discussione assume maggiore rilevanza.
Esiste anche una soglia per la densità di energia dell'iniezione di un singolo impulso. Questo complica ulteriormente lo studio dell'interazione laser-materia. Tuttavia, le apparecchiature sperimentali odierne sono in continua evoluzione, e una varietà di parametri come la larghezza dell'impulso, l'energia del singolo impulso, la frequenza di ripetizione e altri variano costantemente. Anche considerando le fluttuazioni effettive dell'energia di uscita del laser in un singolo impulso, la misurazione della densità di energia potrebbe risultare troppo approssimativa. In generale, si può considerare approssimativamente che la densità di energia divisa per la larghezza dell'impulso rappresenti la densità di potenza media nel tempo (si noti che si tratta di tempo, non di spazio). Tuttavia, è evidente che la forma d'onda effettiva del laser potrebbe non essere rettangolare, quadra, a campana o gaussiana, ma dipendere dalle proprietà del laser stesso, che ne determinano la forma.
La larghezza dell'impulso è solitamente data dalla larghezza a metà altezza fornita dall'oscilloscopio (larghezza a metà altezza del picco completo FWHM), il che ci porta a calcolare il valore della densità di potenza dalla densità di energia, che è elevata. La larghezza e la metà altezza più appropriate dovrebbero essere calcolate tramite l'integrale, la larghezza e la metà altezza. Non è stata condotta alcuna indagine dettagliata sull'esistenza di uno standard di sfumatura rilevante per la conoscenza. Per la densità di potenza stessa, quando si effettuano i calcoli, è solitamente possibile utilizzare l'energia di un singolo impulso per calcolare l'energia di un singolo impulso/larghezza dell'impulso/area dello spot, che è la potenza media spaziale, e quindi moltiplicata per 2, per la potenza di picco spaziale (la distribuzione spaziale è una distribuzione gaussiana in questo caso, top-hat non ha bisogno di farlo), e quindi moltiplicata per un'espressione di distribuzione radiale, e il gioco è fatto.
Data di pubblicazione: 12 giugno 2024