Lazerin güç yoğunluğu ve enerji yoğunluğu
Yoğunluk, günlük hayatımızda çok aşina olduğumuz fiziksel bir niceliktir; en çok karşılaştığımız yoğunluk, malzemenin yoğunluğudur ve formülü ρ=m/v'dir, yani yoğunluk kütlenin hacme bölünmesine eşittir. Ancak lazerin güç yoğunluğu ve enerji yoğunluğu farklıdır; burada hacim yerine alan ile bölünür. Güç de birçok fiziksel nicelikle karşılaştığımız bir kavramdır, çünkü her gün elektrik kullanıyoruz ve elektrik güç içerir. Gücün uluslararası standart birimi W'dir, yani J/s, enerji ve zaman biriminin oranıdır, enerjinin uluslararası standart birimi J'dir. Dolayısıyla güç yoğunluğu, güç ve yoğunluğun birleşimi kavramıdır, ancak burada hacim yerine ışınlama noktasının alanı söz konusudur; güç, çıkış noktasının alanına bölündüğünde güç yoğunluğunu verir, yani güç yoğunluğunun birimi W/m²'dir.lazer alanıLazer ışınlama noktası alanı oldukça küçük olduğundan, genellikle W/cm2 birim olarak kullanılır. Enerji yoğunluğu, zaman kavramından bağımsız olarak, enerji ve yoğunluğu birleştirerek J/cm2 birimiyle ifade edilir. Normalde, sürekli lazerler güç yoğunluğu kullanılarak tanımlanırken,darbeli lazerlerHem güç yoğunluğu hem de enerji yoğunluğu kullanılarak tanımlanırlar.
Lazer etki ettiğinde, genellikle güç yoğunluğu, malzemeleri tahrip etme, aşındırma veya diğer etkilere maruz bırakma eşiğine ulaşılıp ulaşılmadığını belirler. Eşik, lazerlerin maddeyle etkileşimini incelerken sıklıkla ortaya çıkan bir kavramdır. Kısa darbeli (mikrosaniye aşaması olarak düşünülebilir), ultra kısa darbeli (nanosaniye aşaması olarak düşünülebilir) ve hatta ultra hızlı (ps ve femtosaniye aşaması) lazer etkileşimlerinin incelenmesinde, ilk araştırmacılar genellikle enerji yoğunluğu kavramını benimserler. Bu kavram, etkileşim düzeyinde, birim alan başına hedefe etki eden enerjiyi temsil eder; aynı seviyedeki bir lazer söz konusu olduğunda, bu tartışma daha büyük önem taşır.
Tek darbe enjeksiyonunun enerji yoğunluğu için de bir eşik değeri vardır. Bu da lazer-madde etkileşiminin incelenmesini daha karmaşık hale getirir. Bununla birlikte, günümüzün deneysel ekipmanları sürekli değişmekte, çeşitli darbe genişlikleri, tek darbe enerjileri, tekrarlama frekansları ve diğer parametreler sürekli olarak değişmekte ve hatta enerji yoğunluğunu ölçmek için lazerin gerçek çıkışını bir darbedeki enerji dalgalanmalarını dikkate almak gerekmekte, bu da çok kaba bir ölçüm olabilir. Genellikle, enerji yoğunluğunun darbe genişliğine bölünmesiyle elde edilen değerin zaman ortalamalı güç yoğunluğu olduğu kabaca düşünülebilir (zamansal olduğunu, uzaysal olmadığını unutmayın). Bununla birlikte, gerçek lazer dalga formunun dikdörtgen, kare dalga, hatta çan veya Gauss şeklinde olmayabileceği ve bazılarının lazerin kendi özelliklerine bağlı olarak daha şekilli olabileceği açıktır.
Darbe genişliği genellikle osiloskop tarafından sağlanan yarı yükseklik genişliği (tam tepe yarı genişliği FWHM) ile verilir; bu da enerji yoğunluğundan güç yoğunluğu değerini hesaplamamıza neden olur ki bu da yüksektir. Daha uygun yarı yükseklik ve genişlik, yarı yükseklik ve genişliğin integrali ile hesaplanmalıdır. Bununla ilgili bir nüans standardının olup olmadığına dair detaylı bir araştırma yapılmamıştır. Güç yoğunluğunun kendisi için hesaplamalar yapılırken, genellikle tek bir darbe enerjisi kullanılarak hesaplama yapılabilir; tek darbe enerjisi/darbe genişliği/nokta alanı, yani uzamsal ortalama güç, daha sonra 2 ile çarpılarak uzamsal tepe gücü elde edilir (uzamsal dağılım Gauss dağılımı ise bu şekilde yapılır, top-hat dağılımı için buna gerek yoktur) ve daha sonra radyal dağılım ifadesiyle çarpılır. Böylece işlem tamamlanır.
Yayın tarihi: 12 Haz-2024