Energija laserskog impulsa odnosi se na energiju koju laserski impuls prenosi po jedinici vremena. Laseri obično mogu emitirati kontinuirane valove (CW) ili pulsne valove, pri čemu su potonji posebno važni u mnogim primjenama kao što su obrada materijala, daljinsko istraživanje, medicinska oprema i znanstvena istraživanja. Razumijevanje karakteristika energije laserskog impulsa ključno je za optimizaciju njegovih performansi i poboljšanje učinkovitosti primjene.
1. Definicija i mjerenje energije pulsa
Energija laserskog impulsa je energija koju oslobađa svaki laserski impuls, obično se mjeri u džulima (J). Za razliku od lasera kontinuiranog vala (CW), pulsni laseri oslobađaju energiju u kratkom vremenskom razdoblju, a veličina energije obično je povezana s trajanjem impulsa (širinom impulsa) i vršnom snagom.
Energija impulsa može se izračunati pomoću sljedeće formule: E = Ppeak × τ. Gdje je E energija impulsa (džuli), Ppeak je vršna snaga impulsa (vati), a τ je trajanje impulsa (sekunde). To znači da je energija impulsa izravno povezana i s vršnom snagom i sa širinom impulsa.
2. Čimbenici koji utječu na energiju pulsa
Na energiju laserskog impulsa utječe nekoliko čimbenika, uključujući:
①Dizajn i tip lasera:
Različite vrste lasera utječu na veličinu energije impulsa. Na primjer, laseri u čvrstom stanju obično nude veću energiju impulsa, pogodnu za primjene koje zahtijevaju veliku izlaznu snagu. S druge strane, vlaknasti laseri mogu proizvesti impulse veće snage podešavanjem svoje valne duljine.
2Trajanje impulsa (širina impulsa):
Što je kraća širina impulsa, to je veća vršna snaga u danom vremenu, što omogućuje veću energiju impulsa. Širine impulsa u impulsnim laserima obično su podesive između nanosekundi i pikosekundi, pri čemu se kratki impulsi široko koriste u visokopreciznim primjenama zbog svoje visoke vršne snage.
3Snaga lasera i učinkovitost pretvorbe energije:
Učinkovitost lasera izravno određuje izlaznu energiju. Neki laserski sustavi mogu poboljšati učinkovitost pretvorbe optimizacijom dizajna medija za pojačanje ili laserske šupljine, čime se povećava energija impulsa.
4Laserska pojačala:
U mnogim laserskim sustavima velike snage, pojačala se koriste za povećanje izlazne energije. Višestupanjskim pojačanjem, energija impulsa može se značajno povećati.
⑤Struja laserskog pogona:
Pogonska struja laserske diode ili laserskog sustava ključni je faktor koji utječe na njegovu izlaznu snagu i energiju impulsa. Podešavanjem struje može se modificirati stanje pobude lasera, što utječe na izlaznu energiju impulsa.
3. Primjena energije laserskog impulsa
Veličina energije laserskog impulsa određuje njegovu prikladnost za različita područja. Neke tipične primjene uključuju:
①Obrada materijala:
Kod laserskog zavarivanja, rezanja i graviranja, energija impulsa može se precizno kontrolirati kako bi se postigla učinkovita i visokoprecizna obrada. Veća energija impulsa prikladna je za obradu metalnih materijala, dok se impulsi niske energije koriste za finu površinsku obradu.
2Medicinske primjene:
Pulsni laseri se široko koriste u medicini, posebno za laserske operacije, tretmane kože i oftalmološke tretmane. Na primjer, pulsni laseri s većom energijom mogu fokusirati lasersku energiju specifičnih valnih duljina na mala područja za ablaciju oboljelog tkiva ili liječenje očnih bolesti.
3LiDAR i daljinsko istraživanje:
LiDAR tehnologija oslanja se na lasere visoke energije impulsa za precizno određivanje udaljenosti i snimanje. U praćenju okoliša, autonomnoj vožnji i nadzoru dronovima, veličina energije impulsa izravno utječe na udaljenost detekcije i rezoluciju LiDAR sustava.
4Znanstveno istraživanje:
Pulsni laseri također igraju važnu ulogu u eksperimentima u fizici, kemiji i biologiji. Preciznim kontroliranjem energije pulsa, znanstvenici mogu provoditi visokopreciznu laserski induciranu spektroskopiju, ubrzanje čestica i istraživanja laserskog hlađenja.
4. Metode za povećanje energije pulsa
Uobičajene metode za povećanje energije laserskog impulsa uključuju:
①Optimizacija srednjeg dobitka:
Odabirom odgovarajućeg medija za pojačanje i optimizacijom dizajna laserske šupljine, izlazna energija lasera može se povećati.
2Višestupanjsko lasersko pojačanje:
Višestupanjska pojačala mogu postupno povećavati energiju laserskog impulsa kako bi zadovoljila zahtjeve različitih primjena.
3Povećanje struje pogona ili širine impulsa:
Podešavanje pogonske struje lasera ili širine impulsa može rezultirati većom energijom impulsa.
4Tehnologija kompresije impulsa:
Korištenjem tehnika kompresije impulsa, trajanje impulsa može se skratiti, povećavajući njegovu vršnu snagu i oslobađajući više energije u kraćem vremenu.
5. Zaključak
Energija laserskog impulsa ključni je parametar koji izravno utječe na performanse i primjenu lasera u raznim područjima. S kontinuiranim napretkom laserske tehnologije, pulsni laseri imat će širu primjenu u mnogim industrijama. Od precizne obrade do daljinskog istraživanja i medicinskih tretmana, visoka energetska izlazna snaga pulsnih lasera otvara nove mogućnosti. Razumijevanje osnovnih koncepata energije impulsa i njezinih utjecajnih čimbenika može pomoći u donošenju znanstvenijih odluka pri projektiranju i primjeni laserskih sustava.
Vrijeme objave: 11. veljače 2025.