Pulzná energia laserov

Pulzná energia lasera sa vzťahuje na energiu prenášanú laserovým impulzom na jednotku času. Typicky môžu lasery emitovať nepretržité vlny (CW) alebo pulzné vlny, pričom tieto sú obzvlášť dôležité v mnohých aplikáciách, ako je spracovanie materiálu, diaľkové snímanie, lekárske vybavenie a vedecký výskum. Pochopenie charakteristík energie laserového impulzu je rozhodujúce pre optimalizáciu jej výkonu a zlepšenie účinnosti aplikácie.

1. Definícia a meranie pulznej energie

Laserová pulzná energia je energia uvoľňovaná každým laserovým impulzom, zvyčajne meraná v jouloch (J). Na rozdiel od laserov kontinuálnej vlny (CW), pulzné lasery uvoľňujú energiu v krátkom čase a veľkosť energie zvyčajne súvisí s trvaním impulzu (šírka impulzu) a maximálnym výkonom.

Pulzná energia sa dá vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca: e = ppeak × τ. Kde e je pulzná energia (joules), ppeak je špičkový výkon impulzu (watts) a τ je trvanie impulzu (sekundy). To znamená, že pulzná energia priamo súvisí s špičkovým výkonom a šírkou impulzov.

2. Faktory ovplyvňujúce pulznú energiu

Pulzná energia lasera ovplyvňuje niekoľko faktorov vrátane:

①Laserový dizajn a typ:
Rôzne typy laserov ovplyvňujú veľkosť pulznej energie. Napríklad lasery v pevnom stave zvyčajne ponúkajú vyššiu pulznú energiu, vhodnú pre aplikácie vyžadujúce vysoký výkon. Na druhej strane vláknité lasery môžu produkovať impulzy s vyšším výkonom nastavením svojej vlnovej dĺžky.

②Trvanie impulzu (šírka impulzu):
Čím kratšia je šírka impulzu, tým vyššia je maximálna výkonnosť v danom čase, čo umožňuje vyššiu energiu impulzov. Šírky impulzov v pulzných laseroch sú zvyčajne nastaviteľné medzi nanosekundami a pikosekundami, pričom krátke impulzy sa široko používajú v aplikáciách s vysokou presnosťou kvôli ich vysokému maximálnemu výkonu.

③Účinnosť laserovej energie a konverzie energie:
Účinnosť lasera priamo určuje výkon energie. Niektoré laserové systémy môžu zvýšiť účinnosť konverzie optimalizáciou návrhu ziskového média alebo laserovej dutiny, čím sa zvýši energia impulzov.

④Laserové zosilňovače:
V mnohých vysoko výkonných laserových systémoch sa zosilňovače používajú na zvýšenie výstupnej energie. Prostredníctvom viacstupňového zosilnenia je možné výrazne zvýšiť impulznú energiu.

⑤Laserový prúd prúd:
Hnací prúd laserového diódy alebo laserového systému je kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim jeho výstupný výkon a pulznú energiu. Úpravou prúdu sa môže excitačný stav lasera upraviť, čím ovplyvňuje výstup energie impulzovej energie.

3. Aplikácie energie laserového impulzu

Veľkosť energie laserového impulzu určuje jej vhodnosť pre rôzne polia. Niektoré typické aplikácie zahŕňajú:

①Spracovanie materiálu:
Pri laserovom zváraní, rezaní a gravírovaní je možné pulznú energiu presne kontrolovať, aby sa dosiahlo efektívne a vysoko presné spracovanie. Vyššia energia impulzov je vhodná na spracovanie kovových materiálov, zatiaľ čo nízkoenergetické impulzy sa používajú na jemné povrchové úpravy.

②Lekárske aplikácie:
Pulzné lasery sa široko používajú v lekárskej oblasti, najmä pri laserových operáciách, kožných ošetreniach a oftalmických ošetreniach. Napríklad pulzné lasery s vyššou energiou môžu zaostrovať laserovú energiu špecifických vlnových dĺžok na malé oblasti na abláciu chorého tkaniva alebo na ošetrenie očných podmienok.

③Lidar a diaľkové snímanie:
Technológia LIDAR sa spolieha na vysoko pulzné energetické lasery, aby sa presné rozsahy a zobrazovanie. Pri monitorovaní životného prostredia, autonómnej jazde a dohľadu nad robotom ovplyvňuje veľkosť energetiky impulzov priamo detekčnú vzdialenosť a rozlíšenie systému LIDAR.

④Vedecký výskum:
Pulzné lasery tiež zohrávajú dôležitú úlohu pri experimentoch vo fyzike, chémii a biológii. Presnou kontrolou pulznej energie môžu vedci vykonávať vysoko presné laserom vyvolané spektroskopia, zrýchlenie častíc a výskum laserového chladenia.

4. Metódy na zvýšenie pulznej energie

Bežné metódy na zvýšenie energie laserového impulzu zahŕňajú:

①Získajte optimalizáciu strednej:
Výberom vhodného ziskového média a optimalizáciou návrhu laserovej dutiny sa môže zvýšiť výstupná energia lasera.

②Viacstupňové laserové zosilnenie:
Viacstupňové zosilňovače môžu postupne zvyšovať impulznú energiu lasera, aby splnili požiadavky rôznych aplikácií.

③Zvyšujúci sa prúdový prúd alebo šírka impulzu:
Upravenie hnacieho prúdu alebo šírky impulzu môže mať za následok väčšiu energiu impulzov.

④Technológia kompresie pulzov:
Pomocou techník kompresie pulzov sa môže trvanie impulzu skrátiť, zvyšuje jeho špičkový výkon a uvoľní viac energie v kratšom čase.

5. Záver

Energia laserového impulzu je kľúčový parameter, ktorý priamo ovplyvňuje výkon a aplikáciu laserov v rôznych oblastiach. Vďaka nepretržitému pokroku v laserovej technológii budú mať pulzné lasery širšie aplikácie v mnohých odvetviach. Od presného obrábania po diaľkové snímanie a lekárske ošetrenie, vysoký energetický výkon pulzných laserov otvára nové možnosti. Pochopenie základných pojmov pulznej energie a jej ovplyvňujúcich faktorov môže pomôcť pri navrhovaní a uplatňovaní laserových systémov urobiť viac vedeckých rozhodnutí.