De pulsenergie van een laser verwijst naar de energie die wordt overgedragen door een laserpuls per tijdseenheid. Meestal kunnen lasers continue golven (CW) of gepulseerde golven uitzenden, waarbij de laatste vooral belangrijk is in veel toepassingen zoals materiaalverwerking, teledetectie, medische apparatuur en wetenschappelijk onderzoek. Inzicht in de kenmerken van laserpulsenergie is cruciaal voor het optimaliseren van de prestaties en het verbeteren van de applicatie -efficiëntie.
1. Definitie en meting van pulsenergie
Laserpulsenergie is de energie die wordt afgegeven door elke laserpuls, meestal gemeten in joules (j). In tegenstelling tot continue golf (CW) lasers, geven gepulseerde lasers energie in een korte tijd vrij en is de grootte van de energie typisch gerelateerd aan de pulsduur (pulsbreedte) en piekvermogen.
Pulsenergie kan worden berekend met behulp van de volgende formule: E = PPEAK × τ. Waarbij E de pulsenergie (joules) is, is ppeak het piekvermogen van de puls (watt) en τ de pulsduur (seconden). Dit betekent dat pulsenergie direct gerelateerd is aan zowel piekvermogen als pulsbreedte.
2. Factoren die de pulsenergie beïnvloeden
Verschillende factoren beïnvloeden de pulsenergie van een laser, waaronder:
①Laserontwerp en -type:
Verschillende soorten lasers beïnvloeden de grootte van pulsenergie. Solid-state lasers bieden bijvoorbeeld doorgaans hogere pulsenergie, geschikt voor toepassingen die een hoog vermogen vereisen. Vezellasers kunnen daarentegen pulsen met een hoger vermogen produceren door hun golflengte aan te passen.
②Pulsduur (pulsbreedte):
Hoe korter de pulsbreedte, hoe hoger het piekvermogen in een bepaalde tijd, wat een hogere pulsenergie mogelijk maakt. Pulsbreedtes in gepulseerde lasers zijn meestal instelbaar tussen nanoseconden en picoseconden, waarbij korte pulsen op grote schaal worden gebruikt in hoogcisietoepassingen vanwege hun hoge piekvermogen.
③Laservracht- en energieconversie -efficiëntie:
De efficiëntie van de laser bepaalt rechtstreeks de energie -uitgang. Sommige lasersystemen kunnen de conversie -efficiëntie verbeteren door het ontwerp van het versterkingsmedium of de laserholte te optimaliseren, waardoor de pulsenergie wordt vergroot.
④Laserversterkers:
In veel krachtige lasersystemen worden versterkers gebruikt om de output-energie te vergroten. Door meerfasenstaming kan de pulsenergie aanzienlijk worden gestimuleerd.
⑤Laseraandrijvingstroom:
De aandrijfstroom van de laserdiode of het lasersysteem is een sleutelfactor die het uitgangsvermogen en de pulsenergie beïnvloedt. Door de stroom aan te passen, kan de excitatietoestand van de laser worden gewijzigd, waardoor de pulsenergie -uitgang wordt beïnvloed.
3. Toepassingen van laserpulsenergie
De grootte van de laserpulsenergie bepaalt zijn geschiktheid voor verschillende velden. Sommige typische toepassingen zijn:
①Materiaalverwerking:
In laserslassen, snijden en graveren kan pulsenergie nauwkeurig worden gecontroleerd om een efficiënte en zeer nauwkeurige verwerking te bereiken. Hogere pulsenergie is geschikt voor het verwerken van metaalmaterialen, terwijl pulsen met lage energie worden gebruikt voor fijne oppervlaktebehandelingen.
②Medische toepassingen:
Gepulseerde lasers worden veel gebruikt op medisch veld, vooral voor laseroperaties, huidbehandelingen en oogheelkundige behandelingen. Gepulseerde lasers met hogere energie kunnen bijvoorbeeld laserergie van specifieke golflengten op kleine gebieden focussen voor het ableren van ziek weefsel of het behandelen van oogaandoeningen.
③Lidar en teledetectie:
LIDAR -technologie is gebaseerd op lasers met hoge pulsenergie voor precieze variërende en beeldvorming. Bij omgevingsmonitoring, autonoom rijden en drone -surveillance beïnvloedt de pulsergiegrootte direct de detectieafstand en resolutie van het LIDAR -systeem.
④Wetenschappelijk onderzoek:
Gepulseerde lasers spelen ook een belangrijke rol in experimenten in de natuurkunde, chemie en biologie. Door de pulsenergie nauwkeurig te regelen, kunnen wetenschappers zeer nauwkeurige laser-geïnduceerde spectroscopie, deeltjesversnelling en laserkoelonderzoek uitvoeren.
4. Methoden om de pulsenergie te vergroten
Gemeenschappelijke methoden om laserpulsenergie te vergroten, zijn onder meer:
①GRAAD MEDIA -Optimalisatie:
Door een geschikt versterkingsmedium te selecteren en het ontwerp van de laserholte te optimaliseren, kan de uitgangsenergie van de laser worden verhoogd.
②Multi-fasen laserversterking:
Versterkers met meerdere fasen kunnen geleidelijk de pulsenergie van de laser verhogen om te voldoen aan de vereisten van verschillende toepassingen.
③Verhogende aandrijfstroom of pulsbreedte:
Het aanpassen van de aandrijfstroom of pulsbreedte van de laser kan resulteren in grotere pulsenergie.
④Pulscompressietechnologie:
Met behulp van pulscompressietechnieken kan de duur van de puls worden ingekort, waardoor het piekvermogen wordt vergroot en meer energie in een kortere tijd vrijgeeft.
5. Conclusie
Laserpulsenergie is een belangrijke parameter die direct de prestaties en toepassing van lasers op verschillende gebieden beïnvloedt. Met continue vooruitgang in lasertechnologie zullen gepulseerde lasers bredere toepassingen hebben in veel industrieën. Van precisiebewerking tot teledetectie en medische behandelingen, de hoge energie -output van gepulseerde lasers opent nieuwe mogelijkheden. Inzicht in de basisconcepten van pulsenergie en de beïnvloedende factoren ervan kan helpen meer wetenschappelijke keuzes te maken bij het ontwerpen en toepassen van lasersystemen.
Posttijd: februari-2025