Импулсната енергия на лазера се отнася до енергията, предавана от лазерния импулс за единица време. Обикновено лазерите могат да излъчват непрекъснати вълни (CW) или импулсни вълни, като последните са особено важни в много приложения, като обработка на материали, дистанционно наблюдение, медицинско оборудване и научни изследвания. Разбирането на характеристиките на лазерната импулсна енергия е от решаващо значение за оптимизиране на нейната производителност и подобряване на ефективността на приложението.
1. Определение и измерване на импулсната енергия
Енергията на лазерния импулс е енергията, освободена от всеки лазерен импулс, обикновено измервана в джаули (J). За разлика от лазерите с непрекъсната вълна (CW), импулсните лазери освобождават енергия за кратък период от време, а величината на енергията обикновено е свързана с продължителността на импулса (ширина на импулса) и пиковата мощност.
Енергията на импулса може да се изчисли по следната формула: E = Ppeak × τ. Където E е енергията на импулса (джаули), Ppeak е пиковата мощност на импулса (ватове), а τ е продължителността на импулса (секунди). Това означава, че енергията на импулса е пряко свързана както с пиковата мощност, така и с ширината на импулса.
2. Фактори, влияещи върху енергията на импулса
Няколко фактора влияят върху енергията на лазерния импулс, включително:
①Дизайн и тип на лазера:
Различните видове лазери влияят върху размера на импулсната енергия. Например, твърдотелните лазери обикновено предлагат по-висока импулсна енергия, подходяща за приложения, изискващи висока изходна мощност. Фибролазерите, от друга страна, могат да генерират импулси с по-висока мощност чрез регулиране на дължината на вълната.
2Продължителност на импулса (ширина на импулса):
Колкото по-къса е ширината на импулса, толкова по-висока е пиковата мощност за дадено време, което позволява по-висока енергия на импулса. Ширината на импулсите в импулсните лазери обикновено е регулируема между наносекунди и пикосекунди, като късите импулси се използват широко във високопрецизни приложения поради високата им пикова мощност.
③Ефективност на преобразуване на мощност и енергия от лазера:
Ефективността на лазера определя директно изходната енергия. Някои лазерни системи могат да подобрят ефективността на преобразуване чрез оптимизиране на дизайна на усилващата среда или лазерния резонатор, като по този начин увеличат енергията на импулса.
4Лазерни усилватели:
В много мощни лазерни системи се използват усилватели за увеличаване на изходната енергия. Чрез многостепенно усилване енергията на импулса може да бъде значително увеличена.
⑤Ток на лазерното задвижване:
Задвижващият ток на лазерния диод или лазерната система е ключов фактор, влияещ върху изходната им мощност и енергията на импулса. Чрез регулиране на тока може да се промени състоянието на възбуждане на лазера, като по този начин се повлияе на изходната енергия на импулса.
3. Приложения на лазерната импулсна енергия
Големината на енергията на лазерния импулс определя неговата пригодност за различни области. Някои типични приложения включват:
①Обработка на материали:
При лазерно заваряване, рязане и гравиране, енергията на импулсите може да се контролира прецизно, за да се постигне ефективна и високопрецизна обработка. По-високата енергия на импулсите е подходяща за обработка на метални материали, докато нискоенергийните импулси се използват за фина обработка на повърхности.
2Медицински приложения:
Импулсните лазери се използват широко в медицината, особено за лазерни операции, лечение на кожата и офталмологични лечения. Например, импулсните лазери с по-висока енергия могат да фокусират лазерната енергия със специфични дължини на вълните върху малки области за аблация на болна тъкан или лечение на очни заболявания.
③LiDAR и дистанционно наблюдение:
LiDAR технологията разчита на лазери с висока импулсна енергия за прецизно определяне на разстоянието и изображенията. При мониторинг на околната среда, автономно шофиране и наблюдение с дронове, размерът на импулсната енергия влияе пряко върху разстоянието на откриване и разделителната способност на LiDAR системата.
4Научни изследвания:
Импулсните лазери също играят важна роля в експерименти във физиката, химията и биологията. Чрез прецизен контрол на енергията на импулсите, учените могат да провеждат високопрецизна лазерно-индуцирана спектроскопия, ускорение на частици и изследвания за лазерно охлаждане.
4. Методи за увеличаване на енергията на пулса
Често срещани методи за увеличаване на енергията на лазерния импулс включват:
①Оптимизация на средния добив:
Чрез избор на подходяща среда за усилване и оптимизиране на дизайна на лазерната резонаторна кутия, изходната енергия на лазера може да се увеличи.
2Многоетапно лазерно усилване:
Многостъпалните усилватели могат постепенно да увеличават енергията на импулса на лазера, за да отговорят на изискванията на различни приложения.
③Увеличаване на тока на задвижване или ширината на импулса:
Регулирането на тока на задвижване на лазера или ширината на импулса може да доведе до по-голяма енергия на импулса.
4Технология за импулсна компресия:
Използвайки техники за компресия на импулси, продължителността на импулса може да бъде съкратена, увеличавайки пиковата му мощност и освобождавайки повече енергия за по-кратко време.
5. Заключение
Енергията на лазерния импулс е ключов параметър, който пряко влияе върху производителността и приложението на лазерите в различни области. С непрекъснатия напредък в лазерните технологии, импулсните лазери ще имат по-широки приложения в много индустрии. От прецизна обработка до дистанционно наблюдение и медицинско лечение, високата енергийна мощност на импулсните лазери открива нови възможности. Разбирането на основните концепции за импулсната енергия и нейните влияещи фактори може да помогне за вземането на по-научни решения при проектирането и прилагането на лазерни системи.
Време на публикуване: 11 февруари 2025 г.