Энергія імпульсу лазера адносіцца да энергіі, якая перадаецца лазерным імпульсам за адзінку часу. Як правіла, лазеры могуць выпраменьваць бесперапынныя хвалі (CW) або імпульсныя хвалі, прычым апошнія асабліва важныя ў многіх сферах прымянення, такіх як апрацоўка матэрыялаў, дыстанцыйнае зандзіраванне, медыцынскае абсталяванне і навуковыя даследаванні. Разуменне характарыстык энергіі лазернага імпульсу мае вырашальнае значэнне для аптымізацыі яго прадукцыйнасці і павышэння эфектыўнасці прымянення.
1. Вызначэнне і вымярэнне энергіі імпульсу
Энергія лазернага імпульсу — гэта энергія, якая вызваляецца кожным лазерным імпульсам, звычайна вымяраецца ў джоўлях (Дж). У адрозненне ад лазераў бесперапыннага выпраменьвання (CW), імпульсныя лазеры вызваляюць энергію за кароткі прамежак часу, і велічыня энергіі звычайна звязана з працягласцю імпульсу (шырынёй імпульсу) і пікавай магутнасцю.
Энергію імпульсу можна разлічыць па наступнай формуле: E = Ppeak × τ. Дзе E — энергія імпульсу (джоулі), Ppeak — пікавая магутнасць імпульсу (ваты), а τ — працягласць імпульсу (секунды). Гэта азначае, што энергія імпульсу непасрэдна звязана як з пікавай магутнасцю, так і з шырынёй імпульсу.
2. Фактары, якія ўплываюць на энергію імпульсу
На энергію лазернага імпульсу ўплывае некалькі фактараў, у тым ліку:
①Канструкцыя і тып лазера:
Розныя тыпы лазераў уплываюць на памер энергіі імпульсу. Напрыклад, цвёрдацельныя лазеры звычайна прапануюць больш высокую энергію імпульсу, што падыходзіць для прымянення, якія патрабуюць высокай выходнай магутнасці. Валакновыя лазеры, з іншага боку, могуць генераваць імпульсы з большай магутнасцю, рэгулюючы даўжыню хвалі.
②Працягласць імпульсу (шырыня імпульсу):
Чым карацейшая шырыня імпульсу, тым вышэйшая пікавая магутнасць за дадзены момант часу, што дазваляе атрымаць большую энергію імпульсу. Працягласць імпульсаў у імпульсных лазерах звычайна рэгулюецца ў межах ад нанасекунд да пікасекунд, прычым кароткія імпульсы шырока выкарыстоўваюцца ў высокадакладных прыладах з-за іх высокай пікавай магутнасці.
③Эфектыўнасць пераўтварэння энергіі і магутнасці лазера:
Эфектыўнасць лазера непасрэдна вызначае выходную энергію. Некаторыя лазерныя сістэмы могуць павысіць эфектыўнасць пераўтварэння, аптымізуючы канструкцыю ўзмацняльнага асяроддзя або лазернага рэзанатара, тым самым павялічваючы энергію імпульсу.
④Лазерныя ўзмацняльнікі:
У многіх магутных лазерных сістэмах для павелічэння выходнай энергіі выкарыстоўваюцца ўзмацняльнікі. Дзякуючы шматступенчатаму ўзмацненню энергію імпульсу можна значна павялічыць.
⑤Ток лазернага прывада:
Узбуджальны ток лазернага дыёда або лазернай сістэмы з'яўляецца ключавым фактарам, які ўплывае на яго выходную магутнасць і энергію імпульсу. Рэгулюючы ток, можна змяняць стан узбуджэння лазера, тым самым уплываючы на выходную энергію імпульсу.
3. Прымяненне энергіі лазернага імпульсу
Памер энергіі лазернага імпульсу вызначае яго прыдатнасць для розных абласцей. Некаторыя тыповыя сферы прымянення ўключаюць:
①Апрацоўка матэрыялаў:
Пры лазернай зварцы, рэзцы і гравіроўцы энергію імпульсаў можна дакладна кантраляваць для дасягнення эфектыўнай і высокадакладнай апрацоўкі. Больш высокая энергія імпульсаў падыходзіць для апрацоўкі металічных матэрыялаў, у той час як нізкаэнергетычныя імпульсы выкарыстоўваюцца для тонкай апрацоўкі паверхняў.
②Медыцынскае прымяненне:
Імпульсныя лазеры шырока выкарыстоўваюцца ў медыцыне, асабліва для лазерных аперацый, лячэння скуры і афтальмалагічнага лячэння. Напрыклад, імпульсныя лазеры з больш высокай энергіяй могуць факусаваць лазерную энергію пэўных даўжынь хваль на невялікіх участках для абляцыі пашкоджаных тканін або лячэння захворванняў вачэй.
③Лідар і дыстанцыйнае зандзіраванне:
Тэхналогія LiDAR абапіраецца на лазеры высокай энергіі імпульсаў для дакладнага вымярэння адлегласці і візуалізацыі. У маніторынгу навакольнага асяроддзя, аўтаномным кіраванні і назіранні за беспілотнікамі памер энергіі імпульсу непасрэдна ўплывае на адлегласць выяўлення і раздзяляльную здольнасць сістэмы LiDAR.
④Навуковыя даследаванні:
Імпульсныя лазеры таксама адыгрываюць важную ролю ў эксперыментах па фізіцы, хіміі і біялогіі. Дзякуючы дакладнаму кантролю энергіі імпульсу навукоўцы могуць праводзіць высокадакладную лазерна-індукаваную спектраскапію, даследаванні паскарэння часціц і лазернага астуджэння.
4. Метады павелічэння энергіі імпульсу
Звычайныя метады павелічэння энергіі лазернага імпульсу ўключаюць:
①Аптымізацыя сярэдняга ўзмацнення:
Выбіраючы адпаведнае асяроддзе ўзмацнення і аптымізуючы канструкцыю лазернага рэзанатара, можна павялічыць выходную энергію лазера.
②Шматступенчатае лазернае ўзмацненне:
Шматступенныя ўзмацняльнікі могуць паступова павялічваць энергію імпульсу лазера, каб задаволіць патрабаванні розных ужыванняў.
③Павелічэнне току кіравання або шырыні імпульсу:
Рэгуляванне току кіравання лазерам або шырыні імпульсу можа прывесці да павелічэння энергіі імпульсу.
④Тэхналогія імпульснага сціскання:
Выкарыстоўваючы метады сціскання імпульсаў, можна скараціць працягласць імпульсу, павялічваючы яго пікавую магутнасць і вызваляючы больш энергіі за больш кароткі час.
5. Заключэнне
Энергія лазернага імпульсу з'яўляецца ключавым параметрам, які непасрэдна ўплывае на прадукцыйнасць і прымяненне лазераў у розных галінах. Дзякуючы пастаяннаму развіццю лазерных тэхналогій, імпульсныя лазеры будуць мець больш шырокае прымяненне ў многіх галінах прамысловасці. Ад дакладнай апрацоўкі да дыстанцыйнага зандзіравання і медыцынскага лячэння, высокая энергія імпульсных лазераў адкрывае новыя магчымасці. Разуменне асноўных канцэпцый імпульснай энергіі і фактараў, якія на яе ўплываюць, можа дапамагчы ў прыняцці больш навуковых рашэнняў пры праектаванні і ўжыванні лазерных сістэм.
Час публікацыі: 11 лютага 2025 г.