Energija impulza laserja se nanaša na energijo, ki jo prenaša laserski impulz na enoto časa. Običajno lahko laserji oddajajo neprekinjene valove (CW) ali impulzne valove, pri čemer so slednji še posebej pomembni v mnogih aplikacijah, kot so obdelava materiala, daljinsko zaznavanje, medicinska oprema in znanstvene raziskave. Razumevanje značilnosti laserske impulzne energije je ključnega pomena za optimizacijo njegove učinkovitosti in izboljšanje učinkovitosti uporabe.
1. Opredelitev in merjenje energije impulze
Laserska impulzna energija je energija, ki jo sprošča vsak laserski impulz, ki se običajno meri v joulesu (j). Za razliko od laserjev neprekinjenega vala (CW), impulzni laserji sproščajo energijo v kratkem času, velikost energije pa je običajno povezana s trajanjem impulza (širina impulza) in največjo močjo.
Energijo impulza lahko izračunamo z naslednjo formulo: E = ppeak × τ. Kjer je E impulzna energija (Joules), je ppeak največja moč impulza (vatov), τ pa trajanje impulza (sekunde). To pomeni, da je impulzna energija neposredno povezana tako z največjo močjo kot s širino impulza.
2. Dejavniki, ki vplivajo na impulzno energijo
Več dejavnikov vpliva na impulzno energijo laserja, vključno z:
①Laserski dizajn in vrsta:
Različne vrste laserjev vplivajo na velikost impulzne energije. Na primer, trdni laserji običajno ponujajo večjo impulzno energijo, primerno za aplikacije, ki zahtevajo visoko izhodno moč. Laserji vlaken lahko na drugi strani ustvarijo impulze z večjo močjo s prilagajanjem svoje valovne dolžine.
②Trajanje impulza (širina impulza):
Krajša je širina impulza, večja je največja moč v določenem času, kar omogoča večjo energijo impulza. Širice impulzov v impulznih laserjih so običajno nastavljive med nanosekundami in pikosekundami, pri čemer se kratki impulzi zaradi visoke največje moči pogosto uporabljajo pri visoko natančnih aplikacijah.
③Učinkovitost laserske moči in energije:
Učinkovitost laserja neposredno določa proizvodnjo energije. Nekateri laserski sistemi lahko izboljšajo učinkovitost pretvorbe z optimizacijo zasnove dobička ali laserske votline in s tem povečajo impulzno energijo.
④Laserski ojačevalniki:
V številnih laserskih sistemih z visoko močjo se ojačevalniki uporabljajo za povečanje izhodne energije. Z večstopenjsko amplifikacijo lahko impulzno energijo znatno povečamo.
⑤Laserski pogonski tok:
Pogonski tok laserskega diode ali laserskega sistema je ključni dejavnik, ki vpliva na njegovo izhodno moč in impulzno energijo. S prilagoditvijo toka je mogoče spremeniti stanje laserja vzbujanja, kar vpliva na proizvodnjo energije impulzne energije.
3. Uporaba laserske impulzne energije
Velikost laserske impulzne energije določa njegovo primernost za različna polja. Nekatere značilne aplikacije vključujejo:
①Obdelava materiala:
Pri laserskem varjenju, rezanju in graviranju je mogoče pulzno energijo natančno nadzorovati, da se doseže učinkovita in visoko natančna obdelava. Večja impulzna energija je primerna za predelavo kovinskih materialov, medtem ko se za drobne površinske obdelave uporabljajo nizkoenergijske impulze.
②Medicinske aplikacije:
Impulzni laserji se pogosto uporabljajo na medicinskem področju, zlasti za laserske operacije, kožno zdravljenje in oftalmično zdravljenje. Na primer, impulzni laserji z večjo energijo lahko usmerijo lasersko energijo specifičnih valovnih dolžin na majhna območja za odstranjevanje obolelega tkiva ali zdravljenje očesnih stanj.
③Lidar in daljinsko zaznavanje:
Lidar Technology se za natančno razpon in slikanje opira na visoke impulzne energijske laserje. Pri okoljskem spremljanju, avtonomni vožnji in nadzoru brezpilotnih letal, velikost energije impulza neposredno vpliva na razdaljo zaznavanja in ločljivost sistema LiDAR.
④Znanstvene raziskave:
Utripani laserji igrajo tudi pomembno vlogo pri poskusih fizike, kemije in biologije. Z natančnim nadzorom impulzne energije lahko znanstveniki izvajajo visoko natančno lasersko inducirano spektroskopijo, pospeševanje delcev in raziskave laserskega hlajenja.
4. metode za povečanje energije impulza
Skupne metode za povečanje laserske impulzne energije vključujejo:
①Pridobite srednjo optimizacijo:
Z izbiro ustreznega medija za pridobivanje in optimizacijo zasnove laserske votline lahko povečate izhodno energijo laserja.
②Večstopenjska laserska amplifikacija:
Večstopenjski ojačevalniki lahko postopoma povečajo impulzno energijo laserja, da izpolnjujejo zahteve različnih aplikacij.
③Povečanje pogonskega toka ali širine pulza:
Prilagoditev laserskega pogonskega toka ali širine impulza lahko povzroči večjo energijo impulza.
④Tehnologija stiskanja impulza:
Z uporabo tehnik stiskanja impulzov lahko trajanje impulza skrajšamo, povečamo njegovo največjo moč in sprostite več energije v krajšem času.
5. Zaključek
Laserska impulzna energija je ključni parameter, ki neposredno vpliva na delovanje in uporabo laserjev na različnih področjih. Z nenehnim napredkom v laserski tehnologiji bodo imeli impulzni laserji širše aplikacije v mnogih panogah. Od natančne obdelave do daljinskega zaznavanja in medicinskega zdravljenja visoko energijsko proizvodnjo impulznih laserjev odpira nove možnosti. Razumevanje osnovnih konceptov impulzne energije in njegovih vplivnih dejavnikov lahko pomaga pri bolj znanstvenih odločitvah pri oblikovanju in uporabi laserskih sistemov.
Čas objave: februar 11-2025