Імпульсна енергія лазерів

Енергія імпульсу лазера відноситься до енергії, що передається лазерним імпульсом за одиницю часу. Зазвичай лазери можуть випромінювати безперервні хвилі (CW) або імпульсні хвилі, останні особливо важливі для багатьох застосувань, таких як обробка матеріалів, дистанційне зондування, медичне обладнання та наукові дослідження. Розуміння характеристик енергії лазерного імпульсу має вирішальне значення для оптимізації його продуктивності та підвищення ефективності додатків.

1. Визначення та вимірювання енергії імпульсу

Енергія лазерного імпульсу - це енергія, що виділяється кожним лазерним імпульсом, зазвичай вимірюється в джоулах (j). На відміну від лазерів безперервної хвилі (CW), імпульсні лазери вивільняють енергію за короткий проміжок часу, а величина енергії, як правило, пов'язана з тривалістю імпульсу (ширини імпульсу) та піковою потужністю.

Енергія імпульсу можна обчислити за допомогою наступної формули: e = ppeak × τ. Там, де E - імпульсна енергія (джоули), PPeak - пікова потужність імпульсу (ватт), а τ - тривалість імпульсу (секунди). Це означає, що енергія імпульсу безпосередньо пов'язана як з піковою потужністю, так і з шириною імпульсу.

2. Фактори, що впливають на енергію імпульсу

Кілька факторів впливають на імпульсну енергію лазера, включаючи:

①Лазерний дизайн та тип:
Різні типи лазерів впливають на розмір імпульсної енергії. Наприклад, твердотільні лазери зазвичай пропонують більш високу енергію імпульсу, придатну для додатків, що потребують високої потужності. З іншого боку, лазери волокна можуть виробляти імпульси з більшою потужністю, регулюючи довжину хвилі.

②Тривалість імпульсу (ширина імпульсу):
Чим коротша ширина імпульсу, тим вища пікова потужність за певний час, що дозволяє підвищити енергію імпульсу. Ширина імпульсу в імпульсних лазерах, як правило, регулюється між наносекундами та пікосекундами, при цьому короткі імпульси широко використовуються у високоточних додатках через їх високу пікову потужність.

③Лазерна ефективність потужності та енергії:
Ефективність лазера безпосередньо визначає енергію. Деякі лазерні системи можуть підвищити ефективність перетворення, оптимізуючи проектування середовища посилення або лазерної порожнини, тим самим збільшуючи енергію імпульсу.

④Лазерні підсилювачі:
У багатьох потужних лазерних системах підсилювачі використовуються для збільшення вихідної енергії. Через багатоступеневу ампліфікацію імпульсну енергію можна значно підвищити.

⑤Лазерний привідний струм:
Привідний струм лазерної діода або лазерної системи є ключовим фактором, що впливає на його вихідну потужність та енергію імпульсу. Регулюючи струм, стан збудження лазера може бути змінений, таким чином, впливаючи на вихід імпульсної енергії.

3. Застосування енергії лазерного імпульсу

Розмір енергії лазерного імпульсу визначає її придатність для різних полів. Деякі типові програми включають:

①Обробка матеріалів:
При лазерному зварюванні, різанні та гравіруванні імпульсну енергію можна точно контролювати для досягнення ефективної та високоточної обробки. Більш висока імпульсна енергія підходить для обробки металевих матеріалів, тоді як низькоенергетичні імпульси використовуються для тонкої поверхні.

②Медичні програми:
Імпульсні лазери широко використовуються в медичній галузі, особливо для лазерних операцій, шкірних процедур та офтальмологічних процедур. Наприклад, імпульсні лазери з більш високою енергією можуть зосередити лазерну енергію конкретних довжин хвиль на невеликих ділянках для створення хворих тканин або лікування умов очей.

③Лідар і дистанційне зондування:
Технологія LIDAR покладається на високі імпульсні енергетичні лазери для точного діапазону та зображень. У моніторингу навколишнього середовища, автономного водіння та спостереження за безпілотниками розмір імпульсної енергії безпосередньо впливає на відстань виявлення та роздільну здатність системи LIDAR.

④Наукові дослідження:
Імпульсні лазери також відіграють важливу роль в експериментах з фізики, хімії та біології. Точно контролюючи імпульсну енергію, вчені можуть проводити високоточну лазерну спектроскопію, прискорення частинок та дослідження лазерного охолодження.

4. Методи підвищення енергії імпульсу

Поширені методи підвищення енергії лазерного імпульсу включають:

①Набрати середню оптимізацію:
Вибираючи відповідне середовище посилення та оптимізуючи конструкцію лазерної порожнини, можна збільшити вихідну енергію лазера.

②Багатоступенева лазерна посилення:
Багатоступеневі підсилювачі можуть поступово збільшувати імпульсну енергію лазера для задоволення вимог різних застосувань.

③Збільшення струму приводу або ширини імпульсу:
Регулювання струму приводу лазера або ширини імпульсу може призвести до більшої енергії імпульсу.

④Технологія стиснення імпульсу:
Використовуючи методи стиснення імпульсу, тривалість імпульсу можна скоротити, збільшуючи його пікову потужність і вивільняючи більше енергії за коротший час.

5. Висновок

Лазерна імпульсна енергія - це ключовий параметр, який безпосередньо впливає на продуктивність та застосування лазерів у різних галузях. Завдяки постійному прогресу в лазерних технологіях, імпульсні лазери матимуть більш широкі програми в багатьох галузях. Від точної обробки до дистанційного зондування та медикаментозного лікування високо енергетика імпульсних лазерів відкриває нові можливості. Розуміння основних понять імпульсної енергії та її впливових факторів може допомогти зробити більш науковий вибір при розробці та застосуванні лазерних систем.