Laseri impulsienergia viitab energiale, mida laserimpulss edastab ajaühiku kohta. Tavaliselt võivad laserid kiirata pidevaid laineid (CW) või impulsslaineid, kusjuures viimane on eriti oluline paljudes rakendustes, näiteks materjalide töötlemisel, kaugseires, meditsiiniseadmetes ja teadusuuringutes. Laseriimpulsi energia omaduste mõistmine on ülioluline selle jõudluse optimeerimiseks ja rakenduste efektiivsuse parandamiseks.
1. Impulssenergia definitsioon ja mõõtmine
Laseri impulsi energia on iga laserimpulsi poolt vabanev energia, mida tavaliselt mõõdetakse džaulides (J). Erinevalt pidevlaine (CW) laseritest vabastavad impulsslaserid energiat lühikese aja jooksul ning energia suurus on tavaliselt seotud impulsi kestuse (impulsi laiuse) ja tippvõimsusega.
Impulssenergiat saab arvutada järgmise valemi abil: E = Ppeak × τ. Kus E on impulsi energia (džaulides), Ppeak on impulsi tippvõimsus (vattides) ja τ on impulsi kestus (sekundites). See tähendab, et impulsi energia on otseselt seotud nii tippvõimsuse kui ka impulsi laiusega.
2. Impulsienergiat mõjutavad tegurid
Laseri impulsienergiat mõjutavad mitmed tegurid, sealhulgas:
①Laseri disain ja tüüp:
Erinevat tüüpi laserid mõjutavad impulsienergia suurust. Näiteks tahkislaserid pakuvad tavaliselt suuremat impulsienergiat, mis sobib rakenduste jaoks, mis vajavad suurt võimsust. Kiudlaserid seevastu suudavad oma lainepikkust reguleerides toota suurema võimsusega impulsse.
②Impulsi kestus (impulsi laius):
Mida lühem on impulsi laius, seda suurem on tippvõimsus antud aja jooksul, mis võimaldab suuremat impulsienergiat. Impulsslaserite impulsi laiust saab tavaliselt reguleerida nanosekundite ja pikosekundite vahel, kusjuures lühikesi impulsse kasutatakse laialdaselt suure täpsusega rakendustes nende suure tippvõimsuse tõttu.
③Laseri võimsus ja energia muundamise efektiivsus:
Laseri efektiivsus määrab otseselt väljundenergia. Mõned lasersüsteemid saavad muundamise efektiivsust suurendada võimenduskeskkonna või laserõõnsuse konstruktsiooni optimeerimise abil, suurendades seeläbi impulsi energiat.
④Laservõimendid:
Paljudes suure võimsusega lasersüsteemides kasutatakse väljundenergia suurendamiseks võimendeid. Mitmeastmelise võimenduse abil saab impulsi energiat märkimisväärselt suurendada.
⑤Laseri ajami vool:
Laserdioodi või lasersüsteemi ajamivool on peamine tegur, mis mõjutab selle väljundvõimsust ja impulsienergiat. Voolu reguleerimisega saab muuta laseri ergastusolekut, mõjutades seeläbi impulsienergia väljundit.
3. Laserimpulssenergia rakendused
Laseri impulsi energia suurus määrab selle sobivuse erinevate väljade jaoks. Mõned tüüpilised rakendused on järgmised:
①Materjali töötlemine:
Laserkeevitamisel, -lõikamisel ja -graveerimisel saab impulsienergiat täpselt reguleerida, et saavutada tõhus ja ülitäpne töötlemine. Suurem impulsienergia sobib metallmaterjalide töötlemiseks, samas kui madala energiaga impulsse kasutatakse peenpinna töötlemiseks.
②Meditsiinilised rakendused:
Impulsslasereid kasutatakse laialdaselt meditsiinivaldkonnas, eriti laseroperatsioonide, nahahoolduste ja oftalmoloogiliste protseduuride puhul. Näiteks suudavad suurema energiaga impulsslaserid suunata kindla lainepikkusega laserenergiat väikestele piirkondadele haigestunud koe ablatsiooniks või silmahaiguste raviks.
③LiDAR ja kaugseire:
LiDAR-tehnoloogia tugineb täpse kauguse mõõtmise ja pildistamise jaoks suure impulssenergiaga laseritele. Keskkonnaseire, autonoomse sõidu ja droonide jälgimise puhul mõjutab impulsi energia suurus otseselt LiDAR-süsteemi tuvastuskaugust ja eraldusvõimet.
④Teaduslikud uuringud:
Impulsslaserid mängivad olulist rolli ka füüsika-, keemia- ja bioloogiakatsetes. Impulssenergia täpse juhtimise abil saavad teadlased läbi viia ülitäpse laserindutseeritud spektroskoopia, osakeste kiirenduse ja laserjahutuse uuringuid.
4. Impulsienergia suurendamise meetodid
Laserimpulsi energia suurendamise levinumad meetodid on järgmised:
①Keskmise optimeerimise kasv:
Sobiva võimenduskeskkonna valimise ja laserõõnsuse disaini optimeerimise abil saab laseri väljundenergiat suurendada.
②Mitmeastmeline laservõimendus:
Mitmeastmelised võimendid saavad laseri impulsienergiat järk-järgult suurendada, et see vastaks erinevate rakenduste nõuetele.
③Ajami voolu või impulsi laiuse suurendamine:
Laseri ajamivoolu või impulsi laiuse reguleerimine võib suurendada impulsi energiat.
④Impulsskompressiooni tehnoloogia:
Impulsi kokkusurumise tehnikate abil saab impulsi kestust lühendada, suurendades selle tippvõimsust ja vabastades lühema aja jooksul rohkem energiat.
5. Kokkuvõte
Laseri impulsienergia on võtmeparameeter, mis mõjutab otseselt laserite jõudlust ja rakendamist erinevates valdkondades. Laseritehnoloogia pideva arenguga on impulsslaseritel laiemad rakendused paljudes tööstusharudes. Täppistöötlusest kaugseire ja meditsiinilise ravini avab impulsslaserite suur energiaväljund uusi võimalusi. Impulssenergia põhimõistete ja seda mõjutavate tegurite mõistmine aitab teha teaduslikumaid valikuid lasersüsteemide kavandamisel ja rakendamisel.
Postituse aeg: 11. veebruar 2025