انرژی نبض لیزرها

انرژی پالس یک لیزر به انرژی منتقل شده توسط پالس لیزر در هر واحد زمان اشاره دارد. به طور معمول ، لیزرها می توانند امواج مداوم (CW) یا امواج پالس را ساطع کنند ، در حالی که دومی در بسیاری از کاربردها از جمله پردازش مواد ، سنجش از دور ، تجهیزات پزشکی و تحقیقات علمی به ویژه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. درک ویژگی های انرژی پالس لیزر برای بهینه سازی عملکرد آن و بهبود کارایی کاربرد بسیار مهم است.

1. تعریف و اندازه گیری انرژی پالس

انرژی پالس لیزر انرژی آزاد شده توسط هر پالس لیزر است که معمولاً در ژول (J) اندازه گیری می شود. بر خلاف لیزرهای موج مداوم (CW) ، لیزرهای پالس در مدت زمان کوتاهی انرژی را آزاد می کنند و میزان انرژی به طور معمول با مدت زمان پالس (عرض پالس) و قدرت اوج مرتبط است.

انرژی پالس را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد: E = PPEAK × τ. در جایی که E انرژی پالس (ژول) است ، ppeak قدرت اوج پالس (وات) است و τ مدت زمان پالس (ثانیه) است. این بدان معنی است که انرژی پالس مستقیماً با قدرت اوج و عرض پالس ارتباط دارد.

2. عوامل مؤثر بر انرژی نبض

چندین عامل بر انرژی پالس یک لیزر تأثیر می گذارد ، از جمله:

①طراحی لیزر و نوع:
انواع مختلف لیزرها بر اندازه انرژی پالس تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، لیزرهای حالت جامد به طور معمول انرژی پالس بالاتری را ارائه می دهند ، مناسب برای برنامه های کاربردی که نیاز به توان بالا دارند. از طرف دیگر ، لیزرهای فیبر می توانند با تنظیم طول موج خود ، پالس هایی با قدرت بالاتر تولید کنند.

②مدت زمان پالس (عرض پالس):
هرچه عرض پالس کوتاهتر باشد ، قدرت اوج در یک زمان معین بالاتر می رود ، که امکان انرژی پالس بالاتر را فراهم می کند. عرض پالس در لیزرهای پالس به طور معمول بین نانو ثانیه ها و پیکوس ثانیه قابل تنظیم است ، با پالس های کوتاه به دلیل قدرت اوج بالا به طور گسترده در کاربردهای با دقت بالا استفاده می شود.

③قدرت لیزر و راندمان تبدیل انرژی:
کارایی لیزر مستقیماً خروجی انرژی را تعیین می کند. برخی از سیستم های لیزر می توانند با بهینه سازی طراحی رسانه افزایش یا حفره لیزر ، بازده تبدیل را افزایش دهند و از این طریق انرژی پالس را افزایش دهند.

④تقویت کننده های لیزر:
در بسیاری از سیستم های لیزر با قدرت بالا ، از آمپلی فایرها برای افزایش انرژی خروجی استفاده می شود. از طریق تقویت چند مرحله ای ، انرژی پالس می تواند به طور قابل توجهی تقویت شود.

⑤جریان درایو لیزر:
جریان درایو دیود لیزر یا سیستم لیزر یک عامل اصلی بر قدرت خروجی و انرژی پالس آن است. با تنظیم جریان ، حالت تحریک لیزر می تواند اصلاح شود ، بنابراین بر تولید انرژی پالس تأثیر می گذارد.

3. کاربردهای انرژی پالس لیزر

اندازه انرژی پالس لیزر مناسب بودن آن را برای زمینه های مختلف تعیین می کند. برخی از برنامه های معمولی عبارتند از:

①پردازش مواد:
در جوشکاری لیزر ، برش و حکاکی ، انرژی پالس می تواند دقیقاً برای دستیابی به پردازش کارآمد و با دقت بالا کنترل شود. انرژی پالس بالاتر برای پردازش مواد فلزی مناسب است ، در حالی که از پالس های کم انرژی برای تیمارهای سطح ریز استفاده می شود.

②برنامه های پزشکی:
لیزرهای پالس شده به طور گسترده در زمینه پزشکی ، به ویژه برای جراحی های لیزر ، درمان های پوستی و درمان های چشمی مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال ، لیزرهای پالس شده با انرژی بالاتر می توانند انرژی لیزر از طول موج های خاص را بر روی مناطق کوچک برای کمرنگ کردن بافت بیمار یا درمان شرایط چشم متمرکز کنند.

③سنجش لیدر و از راه دور:
فناوری Lidar برای ساخت دقیق و تصویربرداری به لیزرهای انرژی پالس بالا متکی است. در نظارت بر محیط زیست ، رانندگی خودمختار و نظارت بر هواپیماهای بدون سرنشین ، اندازه انرژی پالس به طور مستقیم بر فاصله تشخیص و وضوح سیستم LIDAR تأثیر می گذارد.

④تحقیقات علمی:
لیزرهای پالس همچنین نقش مهمی در آزمایش های فیزیک ، شیمی و زیست شناسی دارند. با کنترل دقیق انرژی پالس ، دانشمندان می توانند طیف سنجی ناشی از لیزر با دقت بالا ، شتاب ذرات و تحقیقات خنک کننده لیزر را انجام دهند.

4. روش هایی برای افزایش انرژی پالس

روشهای متداول برای افزایش انرژی پالس لیزر شامل موارد زیر است:

①بهینه سازی متوسط ​​را بدست آورید:
با انتخاب یک افزایش مناسب متوسط ​​و بهینه سازی طراحی حفره لیزر ، می توان انرژی خروجی لیزر را افزایش داد.

②تقویت لیزر چند مرحله ای:
تقویت کننده های چند مرحله ای می توانند به تدریج انرژی پالس لیزر را برای برآورده کردن نیازهای برنامه های مختلف افزایش دهند.

③افزایش جریان یا پالس درایو:
تنظیم جریان درایو لیزر یا عرض پالس می تواند منجر به انرژی پالس بزرگتر شود.

④فناوری فشرده سازی نبض:
با استفاده از تکنیک های فشرده سازی پالس ، می توان مدت زمان پالس را کوتاه کرد و قدرت اوج آن را افزایش داد و انرژی بیشتری را در مدت زمان کوتاه تر آزاد کرد.

5. نتیجه گیری

انرژی پالس لیزر یک پارامتر کلیدی است که به طور مستقیم بر عملکرد و کاربرد لیزرها در زمینه های مختلف تأثیر می گذارد. با پیشرفت های مداوم در فناوری لیزر ، لیزرهای پالس در بسیاری از صنایع کاربردهای گسترده تری دارند. از ماشینکاری دقیق گرفته تا سنجش از دور و درمان های پزشکی ، تولید انرژی بالای لیزرهای پالس امکانات جدیدی را باز می کند. درک مفاهیم اساسی انرژی پالس و عوامل تأثیرگذار آن می تواند در هنگام طراحی و استفاده از سیستم های لیزر ، انتخاب های علمی بیشتری انجام دهد.