Energia impulsu lasera odnosi się do energii przenoszonej przez impuls laserowy na jednostkę czasu. Zazwyczaj lasery mogą emitować fale ciągłe (CW) lub fale pulsacyjne, przy czym te ostatnie są szczególnie ważne w wielu zastosowaniach, takich jak przetwarzanie materiałów, teledetekcja, sprzęt medyczny i badania naukowe. Zrozumienie cech energii impulsu laserowego ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji jej wydajności i poprawy wydajności zastosowania.
1. Definicja i pomiar energii impulsowej
Energia impulsu laserowego to energia uwalniana przez każdy impuls laserowy, zwykle mierzony w dżuli (J). W przeciwieństwie do laserów fali ciągłej (CW), lasery pulsacyjne uwalniają energię w krótkim czasie, a wielkość energii jest zwykle związana z czasem trwania impulsu (szerokość impulsu) i mocą szczytową.
Energię impulsu można obliczyć za pomocą następującego wzoru: E = PPEAK × τ. Tam, gdzie E jest energią impulsów (dżule), PPEAK jest szczytową mocą impulsu (watów), a τ jest czasem trwania impulsu (sekundy). Oznacza to, że energia impulsu jest bezpośrednio związana zarówno z mocą szczytową, jak i szerokością impulsu.
2. Czynniki wpływające na energię impulsu
Kilka czynników wpływa na energię pulsu lasera, w tym:
①Projektowanie i rodzaj lasera:
Różne rodzaje laserów wpływają na wielkość energii impulsu. Na przykład lasery w stanie stałym zazwyczaj oferują wyższą energię impulsową, odpowiednią do zastosowań wymagających wysokiej mocy wyjściowej. Z drugiej strony lasery światłowodowe mogą wytwarzać impulsy o wyższej mocy, dostosowując długość fali.
②Czas trwania impulsu (szerokość impulsu):
Im krótsza szerokość impulsu, tym wyższa moc szczytowa w danym czasie, co pozwala na wyższą energię impulsu. Szerokości impulsów w pulsowanych laserach są zwykle regulowane między nanosekundami i pikosekundami, przy czym krótkie impulsy są szeroko stosowane w zastosowaniach o wysokiej precyzyjnej mocy ze względu na ich wysoką moc szczytową.
③Wydajność konwersji energii laserowej i energii:
Wydajność lasera bezpośrednio określa moc energii. Niektóre systemy laserowe mogą zwiększyć wydajność konwersji poprzez optymalizację konstrukcji pożywki wzmocnienia lub wnęki laserowej, zwiększając w ten sposób energię impulsu.
④Wzmacniacze laserowe:
W wielu systemach laserowych o dużej mocy wzmacniacze są wykorzystywane do zwiększenia energii wyjściowej. Dzięki wieloetapowej wzmocnieniu energia impulsu można znacznie zwiększyć.
⑤Prąd napędu laserowego:
Prąd napędowy diody laserowej lub systemu laserowego jest kluczowym czynnikiem wpływającym na jego moc wyjściową i energię impulsu. Dostosowując prąd, stan wzbudzenia lasera można zmodyfikować, wpływając w ten sposób na wyjście energii impulsu.
3. Zastosowania energii impulsu laserowego
Rozmiar energii impulsu laserowego określa jego przydatność do różnych pól. Niektóre typowe aplikacje obejmują:
①Przetwarzanie materiału:
W spawaniu laserowym, cięciu i grawerowaniu energia impulsu może być precyzyjnie kontrolowana w celu osiągnięcia wydajnego i precyzyjnego przetwarzania. Wyższa energia impulsowa jest odpowiednia do przetwarzania materiałów metali, podczas gdy impulsy o niskiej energii są wykorzystywane do drobnych obróbki powierzchni.
②Zastosowania medyczne:
Lasery pulsacyjne są szeroko stosowane w dziedzinie medycyny, szczególnie do operacji laserowych, zabiegów skóry i zabiegów okulistycznych. Na przykład lasery pulsacyjne o wyższej energii mogą koncentrować energię laserową o określonych długościach fali na małych obszarach w celu ablacji chorej tkanki lub leczenia warunków oczu.
③Lidar i teledetekcja:
Technologia Lidar opiera się na laserach o wysokiej energii impulsowej w celu precyzyjnego zakresu i obrazowania. W monitorowaniu środowiska, autonomicznej jazdy i monitoringu dronów wielkość energii impulsu wpływa bezpośrednio na odległość wykrywania i rozdzielczość układu lidarowego.
④Badania naukowe:
Lasery pulsacyjne odgrywają również ważną rolę w eksperymentach w fizyce, chemii i biologii. Dzięki precyzyjnemu kontrolowaniu energii impulsowej naukowcy mogą prowadzić bardzo precyzyjną spektroskopię indukowaną laserowo, przyspieszenie cząstek i badania chłodzenia laserowego.
4. Metody zwiększania energii impulsu
Typowe metody zwiększania energii impulsu laserowego obejmują:
①Zyskaj średnią optymalizację:
Wybierając odpowiednie medium wzmocnienia i optymalizując konstrukcję wnęki laserowej, można zwiększyć energię wyjściową lasera.
②Wieloetapowe wzmocnienie laserowe:
Wzmacniacze wieloetapowe mogą stopniowo zwiększać energię impulsu lasera, aby spełnić wymagania różnych zastosowań.
③Zwiększenie prądu napędowego lub szerokości impulsu:
Dostosowanie prądu napędowego lasera lub szerokości impulsu może powodować większą energię impulsu.
④Technologia kompresji pulsu:
Za pomocą technik kompresji impulsu można skrócić czas trwania impulsu, zwiększając jego szczytową moc i uwalniając więcej energii w krótszym czasie.
5. Wniosek
Energia impulsów laserowych jest kluczowym parametrem, który bezpośrednio wpływa na wydajność i zastosowanie laserów w różnych dziedzinach. Dzięki ciągłym postępom w technologii laserowej pulsacyjne lasery będą miały szersze zastosowania w wielu branżach. Od precyzyjnego obróbki po teledetekcję i leczenie, wysoka energia wyjściowa laserów pulsacyjnych otwiera nowe możliwości. Zrozumienie podstawowych pojęć energii impulsowej i jej wpływowych czynników może pomóc w dokonywaniu bardziej naukowych wyborów podczas projektowania i stosowania systemów laserowych.
Czas po: 11-2025 lutego