Energia pulsată a unui laser se referă la energia transmisă de un impuls laser pe unitate de timp. De obicei, laserele pot emite unde continue (CW) sau unde pulsate, acestea din urmă fiind deosebit de importante în multe aplicații, cum ar fi prelucrarea materialelor, teledetecția, echipamentele medicale și cercetarea științifică. Înțelegerea caracteristicilor energiei pulsate a laserului este crucială pentru optimizarea performanței sale și îmbunătățirea eficienței aplicațiilor.
1. Definiția și măsurarea energiei impulsurilor
Energia impulsului laser este energia eliberată de fiecare impuls laser, măsurată de obicei în jouli (J). Spre deosebire de laserele cu undă continuă (CW), laserele pulsate eliberează energie într-un timp scurt, iar magnitudinea energiei este de obicei legată de durata impulsului (lățimea impulsului) și de puterea de vârf.
Energia impulsurilor poate fi calculată folosind următoarea formulă: E = Ppeak × τ. Unde E este energia impulsului (jouli), Ppeak este puterea de vârf a impulsului (wați), iar τ este durata impulsului (secunde). Aceasta înseamnă că energia impulsului este direct legată atât de puterea de vârf, cât și de lățimea impulsului.
2. Factorii care afectează energia impulsurilor
Mai mulți factori influențează energia pulsată a unui laser, inclusiv:
1.Design și tip laser:
Diferite tipuri de lasere afectează dimensiunea energiei impulsurilor. De exemplu, laserele în stare solidă oferă de obicei o energie impulsurilor mai mare, potrivită pentru aplicații care necesită o putere de ieșire mare. Laserele cu fibră, pe de altă parte, pot produce impulsuri cu o putere mai mare prin ajustarea lungimii de undă.
2.Durata impulsului (Lățimea impulsului):
Cu cât lățimea impulsului este mai scurtă, cu atât puterea de vârf este mai mare într-un anumit timp, ceea ce permite o energie a impulsului mai mare. Lățimile impulsurilor în laserele pulsate sunt de obicei reglabile între nanosecunde și picosecunde, impulsurile scurte fiind utilizate pe scară largă în aplicații de înaltă precizie datorită puterii lor de vârf mari.
③Puterea laserului și eficiența conversiei energiei:
Eficiența laserului determină direct energia produsă. Unele sisteme laser pot îmbunătăți eficiența conversiei prin optimizarea designului mediului de amplificare sau al cavității laserului, crescând astfel energia impulsului.
④Amplificatoare laser:
În multe sisteme laser de mare putere, amplificatoarele sunt utilizate pentru a crește energia de ieșire. Prin amplificarea în mai multe etape, energia impulsului poate fi amplificată semnificativ.
5Curentul acționării laserului:
Curentul de acționare al diodei laser sau al sistemului laser este un factor cheie care influențează puterea de ieșire și energia impulsurilor. Prin ajustarea curentului, starea de excitație a laserului poate fi modificată, afectând astfel energia impulsurilor de ieșire.
3. Aplicații ale energiei impulsurilor laser
Mărimea energiei impulsului laser determină adecvarea sa pentru diferite câmpuri. Câteva aplicații tipice includ:
1.Prelucrarea materialelor:
În sudarea, tăierea și gravarea cu laser, energia impulsurilor poate fi controlată cu precizie pentru a obține o procesare eficientă și de înaltă precizie. O energie impulsurilor mai mare este potrivită pentru prelucrarea materialelor metalice, în timp ce impulsurile cu energie redusă sunt utilizate pentru tratamente fine de suprafață.
2.Aplicații medicale:
Laserele pulsate sunt utilizate pe scară largă în domeniul medical, în special pentru intervenții chirurgicale cu laser, tratamente ale pielii și tratamente oftalmologice. De exemplu, laserele pulsate cu energie mai mare pot concentra energia laser de lungimi de undă specifice pe zone mici pentru ablația țesutului bolnav sau tratarea afecțiunilor oculare.
③LiDAR și teledetecție:
Tehnologia LiDAR se bazează pe lasere cu energie pulsată mare pentru măsurarea precisă a distanței și a imaginilor. În monitorizarea mediului, conducerea autonomă și supravegherea cu drone, dimensiunea energiei pulsate afectează direct distanța de detecție și rezoluția sistemului LiDAR.
④Cercetare științifică:
Laserele pulsate joacă, de asemenea, un rol important în experimentele din fizică, chimie și biologie. Prin controlul precis al energiei pulsate, oamenii de știință pot efectua spectroscopie indusă de laser de înaltă precizie, accelerarea particulelor și cercetarea răcirii cu laser.
4. Metode de creștere a energiei impulsurilor
Metodele comune de creștere a energiei impulsurilor laser includ:
1.Optimizare medie a câștigului:
Prin selectarea unui mediu de amplificare adecvat și optimizarea designului cavității laserului, energia de ieșire a laserului poate fi crescută.
2.Amplificare laser în mai multe etape:
Amplificatoarele cu mai multe etape pot crește treptat energia impulsurilor laserului pentru a satisface cerințele diferitelor aplicații.
③Creșterea curentului de acționare sau a lățimii impulsului:
Reglarea curentului de acționare sau a lățimii impulsului laserului poate duce la o energie a impulsului mai mare.
④Tehnologie de compresie a impulsurilor:
Folosind tehnici de compresie a impulsurilor, durata impulsului poate fi scurtată, crescând puterea sa maximă și eliberând mai multă energie într-un timp mai scurt.
5. Concluzie
Energia impulsurilor laser este un parametru cheie care influențează direct performanța și aplicarea laserelor în diverse domenii. Odată cu progresele continue ale tehnologiei laserelor, laserele pulsate vor avea aplicații mai largi în multe industrii. De la prelucrarea de precizie la teledetecție și tratamente medicale, puterea mare de energie a laserelor pulsate deschide noi posibilități. Înțelegerea conceptelor de bază ale energiei impulsurilor și a factorilor acesteia de influență poate ajuta la luarea unor decizii mai științifice la proiectarea și aplicarea sistemelor laser.
Data publicării: 11 februarie 2025