레이저의 출력밀도와 에너지밀도

레이저의 출력밀도와 에너지밀도

밀도는 우리가 일상생활에서 매우 친숙하게 접하는 물리량으로, 우리가 가장 많이 접하는 밀도가 물질의 밀도이며, 공식은 ρ=m/v, 즉 밀도는 질량을 부피로 나눈 값과 같습니다. 그러나 레이저의 출력 밀도와 에너지 밀도는 다르며 여기서는 부피가 아닌 면적으로 나뉩니다. 전력은 또한 많은 물리량과의 접촉이기도 합니다. 우리는 매일 전기를 사용하기 때문에 전기에는 전력이 포함됩니다. 전력의 국제 표준 단위는 W, 즉 J/s이며 에너지와 시간 단위의 비율입니다. 에너지의 국제표준 단위는 J이다. 그래서 전력밀도는 전력과 밀도를 합친 개념인데 여기서는 부피가 아니라 스폿의 조사면적을 말하는 것이고, 전력을 출력 스폿 면적으로 나눈 것이 전력밀도, 즉 , 전력밀도의 단위는 W/m2이고,레이저 분야, 레이저 조사점 면적이 매우 작기 때문에 일반적으로 W/cm2를 단위로 사용합니다. 에너지 밀도는 시간 개념에서 벗어나 에너지와 밀도를 합친 것으로 단위는 J/cm2이다. 일반적으로 연속 레이저는 전력 밀도를 사용하여 설명되지만펄스 레이저전력 밀도와 에너지 밀도를 모두 사용하여 설명됩니다.

레이저가 작동할 때 출력 밀도는 일반적으로 파괴, 절제 또는 기타 작동 재료의 임계값에 도달하는지 여부를 결정합니다. 임계값은 레이저와 물질의 상호 작용을 연구할 때 자주 나타나는 개념입니다. 단펄스(us 스테이지로 간주될 수 있음), 초단펄스(ns 스테이지로 간주될 수 있음), 심지어 초고속(ps 및 fs 스테이지로 간주될 수 있음) 레이저 상호작용 물질에 대한 연구를 위해 초기 연구자들은 일반적으로 에너지 밀도의 개념을 채택합니다. 상호 작용 수준에서 이 개념은 단위 면적당 대상에 작용하는 에너지를 나타냅니다. 동일한 수준의 레이저의 경우 이 논의는 더 중요합니다.

단일 펄스 주입의 에너지 밀도에 대한 임계값도 있습니다. 이는 또한 레이저-물질 상호작용에 대한 연구를 더욱 복잡하게 만듭니다. 그러나 오늘날의 실험 장비는 지속적으로 변화하고 있으며 다양한 펄스 폭, 단일 펄스 에너지, 반복 주파수 및 기타 매개변수가 지속적으로 변화하고 있으며 심지어 에너지 밀도의 경우 펄스 에너지 변동에서 레이저의 실제 출력을 고려해야 합니다. 측정하기에는 너무 거칠 수 있습니다. 일반적으로 에너지 밀도를 펄스 폭으로 나눈 값이 시간 평균 전력 밀도라고 대략적으로 생각할 수 있습니다(공간이 아니라 시간이라는 점에 유의하세요). 그러나 실제 레이저 파형은 직사각형, 구형파 또는 벨 또는 가우시안이 아닐 수 있으며 일부는 더 많은 모양의 레이저 자체의 특성에 의해 결정됩니다.

펄스 폭은 일반적으로 오실로스코프에서 제공하는 절반 높이 폭(최대 피크 절반 폭 FWHM)으로 제공되며, 이는 높은 에너지 밀도로부터 전력 밀도 값을 계산하게 합니다. 보다 적절한 절반 높이와 너비는 절반 높이와 너비를 적분하여 계산해야 합니다. 알 수 있는 관련 뉘앙스 기준이 있는지에 대한 자세한 문의는 없습니다. 전력 밀도 자체에 대해서는 계산을 할 때 일반적으로 단일 펄스 에너지를 사용하여 단일 펄스 에너지/펄스 폭/스팟 면적을 계산하는 것이 가능합니다. , 이는 공간 평균 전력이고 공간 피크 전력에 대해 2를 곱한 다음(공간 분포는 가우스 분포가 그러한 처리이므로 탑햇에서는 그렇게 할 필요가 없음) 방사형 분포 표현식을 곱합니다. , 이제 끝났습니다.