레이저의 전력 밀도와 에너지 밀도

레이저의 전력 밀도와 에너지 밀도

밀도는 우리 일상생활에서 매우 친숙한 물리량입니다. 우리가 가장 많이 접촉하는 밀도는 물질의 밀도이며, 공식은 ρ=m/v입니다. 즉, 밀도는 질량을 부피로 나눈 값입니다. 그러나 레이저의 전력 밀도와 에너지 밀도는 다르며, 여기서는 부피가 아닌 면적으로 나눕니다. 전력은 또한 우리가 매일 전기를 사용하기 때문에 많은 물리량과 접촉합니다. 전기는 전력을 포함하며, 전력의 국제 표준 단위는 W, 즉 J/s이며, 이는 에너지와 시간 단위의 비율입니다. 국제 표준 에너지 단위는 J입니다. 따라서 전력 밀도는 전력과 밀도를 결합한 개념이지만, 여기서는 부피가 아닌 스팟의 조사 면적이며, 전력을 출력 스팟 면적으로 나눈 것이 전력 밀도입니다. 즉, 전력 밀도의 단위는 W/m²입니다.레이저 필드레이저 조사 면적이 매우 작기 때문에 일반적으로 W/cm²를 단위로 사용합니다. 에너지 밀도는 시간 개념에서 제외되어 에너지와 밀도를 합친 것으로, 단위는 J/cm²입니다. 일반적으로 연속 레이저는 출력 밀도를 사용하여 설명하지만,펄스 레이저전력 밀도와 에너지 밀도를 모두 사용하여 설명합니다.

레이저가 작용할 때, 출력 밀도는 일반적으로 파괴, 제거 또는 기타 작용 물질의 임계치에 도달하는지 여부를 결정합니다. 임계치는 레이저와 물질의 상호작용을 연구할 때 자주 등장하는 개념입니다. 단펄스(초단 펄스), 초단 펄스(초단 펄스), 심지어 초고속(초단 펄스 및 초단 펄스) 레이저 상호작용 물질을 연구할 때 초기 연구자들은 일반적으로 에너지 밀도라는 개념을 채택합니다. 상호작용 수준에서 이 개념은 단위 면적당 표적에 작용하는 에너지를 나타내며, 같은 수준의 레이저일 경우 이 논의는 더욱 중요합니다.

단일 펄스 주입의 에너지 밀도에도 한계가 있습니다. 이는 레이저-물질 상호작용 연구를 더욱 복잡하게 만듭니다. 그러나 오늘날의 실험 장비는 끊임없이 변화하고 있으며, 다양한 펄스 폭, 단일 펄스 에너지, 반복 주파수 및 기타 매개변수들이 끊임없이 변하고 있습니다. 심지어 펄스 에너지 변동 시 레이저의 실제 출력을 고려해야 하는 에너지 밀도 측정의 경우, 측정이 너무 대략적일 수 있습니다. 일반적으로 에너지 밀도를 펄스 폭으로 나눈 값을 시간 평균 전력 밀도(공간이 아닌 시간)로 대략적으로 간주할 수 있습니다. 그러나 실제 레이저 파형은 직사각형, 구형파, 심지어 종파나 가우시안 파형이 아닐 수 있으며, 일부는 레이저 자체의 특성에 의해 결정됩니다.

펄스 폭은 일반적으로 오실로스코프가 제공하는 반치폭(전피크 반치폭 FWHM)으로 주어지며, 이는 높은 에너지 밀도로부터 전력 밀도 값을 계산하게 합니다. 더 적절한 반치폭과 반치폭은 적분, 반치폭, 반치폭으로 계산해야 합니다. 이를 알 수 있는 관련 뉘앙스 기준이 있는지에 대한 자세한 조사는 없었습니다. 전력 밀도 자체의 경우 계산을 할 때 일반적으로 단일 펄스 에너지를 사용하여 공간 평균 전력인 단일 펄스 에너지/펄스 폭/스팟 면적을 계산하고, 이를 2로 곱하여 공간 피크 전력을 구합니다(공간 분포는 가우스 분포와 같은 처리 방식이며, 탑햇 분포는 그럴 필요가 없습니다). 그런 다음 방사형 분포식을 곱하면 됩니다.