光功率和光衰的單位 雷射的功率密度與能量密度

2021-10-14 07:15:23 字數 1435 閱讀 7130

大的題目不好寫,先寫一些小小的內容。

雷射的功率密度與能量密度,對於剛接觸雷射的人,可能一時半會摸不清是什麼區別,以及用到什麼地方,我這裡來給大家拋磚引玉。

雷射的功率密度:

功率,這個概念在九年義務教育中,最初的學習時間大概是在初中。功率代表單位時間內做工的量,國際標準單位為w(瓦)。單位時間輸出的能量,做工的能量,能量的國際標準單位為j(焦耳),時間的國際標準單位是s(秒)。這裡暫時不做其他延伸,我們說回來。

功率密度,有功率的概念,再加上密度的概念,對於光來說,通常認為其輻照在某個表面,那麼,其密度與我們通常的材料密度,kg/m^3不同,它不是除以單位體積,而是除以單位面積也就是w/m^2,在雷射領域,常用w/cm^2來表示雷射的功率密度。表示單位時間內,雷射輻照在單位面積靶材上的能量大小。這個值較為容易對長脈衝雷射或連續雷射做形容。

雷射的能量密度:

雷射的能量密度,通常忽略掉其時間因素,比如單個脈衝雷射輻照靶材時的能量密度,單位為j/cm^2。對於脈寬相同的雷射器來說,單個脈衝輻照出的能量密度,可以代表這個雷射器的某種水平,也經常有一些能量計,測得的數值就是雷射器輸出脈衝的能量,除以雷射器輸出光斑面積,就是能量密度。

怎麼用好這兩個東西以及如何換算,emmm...有時間我再細說。

擇日不如撞日。更新一波。

雷射作用時,功率密度通常會決定是否達到破壞、或者燒蝕、或者其他作用材料的閾值。閾值是研究雷射與物質相互作用時經常出現的概念。

而對於短脈衝(可認為us階段)、超短脈衝(可認為ns階段),乃至超快(ps與fs階段)雷射作用材料的研究中,前期的研究者,通常採用了能量密度這一概念。這一概念在相互作用的層面,表示作用到靶材單位面積內的能量,在某種同一級別雷射器的情況下,這種討論是具有較大的意義的。

是的,單脈衝注入的能量密度,也存在閾值的情況。這也使得雷射與物質相互作用的研究,變得更加複雜。

但當今實驗裝置不斷更迭,各種脈寬、單脈衝能量、重複頻率等引數不斷變化的情況下,甚至需要考慮雷射實際輸出在乙個脈衝內能量的波動的情況下,採用能量密度來衡量,可能就過於粗糙了。

暫不拓展說明了。

然後說一下換算,其實換算這個東西,當把兩者理解很清楚後,就會很簡單。

一般可以粗略的認為,能量密度除以脈寬,得到的就是時間平均功率密度(注意是時間,不是空間)。但是很明顯,實際雷射的波形可未必是矩形、方波,甚至未必是鐘形、高斯型,有的由雷射器本身屬性決定的,是較為異形的。

而脈寬,通常由示波器提供的半高寬(全峰半寬fwhm)來給出,這會導致我們從能量密度計算功率密度時候的值,偏高。更合適的半高寬,應該是由積分計算出來的,半高寬。目前還沒有詳細查詢,與知曉,是否存在相關的細微的差別標準。

對於功率密度本身,搞計算的時候,通常可以採用單脈衝能量來計算,單脈衝能量/脈寬/光斑面積,這是空間平均功率,然後乘以2,作空間峰值功率(空間分布是gauss分布的是這樣的處理,top-hat不用這麼處理),然後再乘以乙個徑向分布的表示式,就完成了。

時間上的計算,多數還是以作判斷的形式來計算的。

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