लेझरची शक्ती घनता आणि ऊर्जा घनता

लेझरची शक्ती घनता आणि ऊर्जा घनता

घनता ही एक भौतिक राशी आहे, जी आपल्या दैनंदिन जीवनात आपल्याला चांगलीच परिचित आहे. आपण ज्या घनतेच्या सर्वाधिक संपर्कात येतो ती म्हणजे पदार्थाची घनता. तिचे सूत्र ρ=m/v आहे, म्हणजेच घनता म्हणजे वस्तुमान भागिले आकारमान. परंतु लेझरची शक्ती घनता आणि ऊर्जा घनता या वेगवेगळ्या आहेत; येथे आकारमानाऐवजी क्षेत्रफळाने भागले जाते. शक्ती ही देखील अनेक भौतिक राशींशी आपल्या संपर्कात येते, कारण आपण दररोज वीज वापरतो आणि विजेमध्ये शक्तीचा समावेश असतो. शक्तीचे आंतरराष्ट्रीय मानक एकक W आहे, म्हणजेच J/s हे ऊर्जा आणि वेळेचे गुणोत्तर एकक आहे, तर ऊर्जेचे आंतरराष्ट्रीय मानक एकक J आहे. म्हणून शक्ती घनता ही शक्ती आणि घनता यांना एकत्र करणारी संकल्पना आहे, परंतु येथे आकारमानाऐवजी स्पॉटचे विकिरण क्षेत्र विचारात घेतले जाते. शक्तीला आउटपुट स्पॉटच्या क्षेत्रफळाने भागल्यास शक्ती घनता मिळते, म्हणजेच शक्ती घनतेचे एकक W/m² आहे.लेझर क्षेत्रकारण लेझर किरणोत्सर्गाचे क्षेत्र खूपच लहान असते, त्यामुळे सामान्यतः W/cm² हे एकक वापरले जाते. ऊर्जा घनता ही वेळेच्या संकल्पनेतून वगळली जाते, ज्यात ऊर्जा आणि घनता एकत्र केली जातात आणि तिचे एकक J/cm² आहे. सामान्यतः, सतत कार्यरत राहणाऱ्या लेझर्सचे वर्णन पॉवर डेन्सिटी वापरून केले जाते, तरस्पंदित लेझरशक्ती घनता आणि ऊर्जा घनता या दोन्हींचा वापर करून वर्णन केले जाते.

जेव्हा लेझर क्रिया करतो, तेव्हा पदार्थ नष्ट करण्याची, क्षरण करण्याची किंवा इतर क्रिया करण्याची मर्यादा गाठली जाते की नाही, हे सामान्यतः शक्ती घनतेवरून ठरते. लेझर आणि पदार्थ यांच्यातील आंतरक्रियेचा अभ्यास करताना 'मर्यादा' ही संकल्पना वारंवार समोर येते. पदार्थांसोबत होणाऱ्या लघु स्पंद (ज्याला मायक्रोसेकंद अवस्था मानले जाऊ शकते), अति-लघु स्पंद (ज्याला नॅनोसेकंद अवस्था मानले जाऊ शकते), आणि अगदी अति-वेगवान (पिकोसेकंद आणि फेमटोसेकंद अवस्था) लेझरच्या आंतरक्रियेच्या अभ्यासासाठी, सुरुवातीचे संशोधक सामान्यतः ऊर्जा घनतेची संकल्पना वापरत असत. आंतरक्रियेच्या पातळीवर, ही संकल्पना लक्ष्यावर प्रति एकक क्षेत्रफळावर कार्य करणारी ऊर्जा दर्शवते; त्याच पातळीच्या लेझरच्या बाबतीत, ही चर्चा अधिक महत्त्वाची ठरते.

एकल स्पंद प्रक्षेपणाच्या ऊर्जा घनतेसाठी एक मर्यादा देखील असते. यामुळे लेझर-पदार्थ आंतरक्रियेचा अभ्यास अधिक गुंतागुंतीचा होतो. तथापि, आजची प्रायोगिक उपकरणे सतत बदलत असतात, स्पंद रुंदी, एकल स्पंद ऊर्जा, पुनरावृत्ती वारंवारता आणि इतर विविध मापदंड सतत बदलत असतात, आणि ऊर्जा घनता मोजण्यासाठी स्पंद ऊर्जेतील लेझरच्या प्रत्यक्ष आउटपुटमधील चढउतारांचा विचार करणे देखील खूप ढोबळ ठरू शकते. साधारणपणे, असे ढोबळपणे मानले जाऊ शकते की ऊर्जा घनतेला स्पंद रुंदीने भागल्यास मिळणारी संख्या म्हणजे वेळेनुसार सरासरी शक्ती घनता (लक्षात घ्या की हे वेळेनुसार आहे, जागेनुसार नाही). तथापि, हे स्पष्ट आहे की प्रत्यक्ष लेझर तरंगरूप आयताकृती, चौरस तरंग, किंवा घंटाकृती किंवा गॉसियन असेलच असे नाही, आणि काही आकार हे लेझरच्या स्वतःच्या गुणधर्मांवर अवलंबून असतात, जे अधिक विशिष्ट आकाराचे असतात.

पल्सची रुंदी सामान्यतः ऑसिलोस्कोपद्वारे प्रदान केलेल्या अर्ध्या उंचीच्या रुंदीने (पूर्ण शिखर अर्धी रुंदी FWHM) दिली जाते, ज्यामुळे आपल्याला ऊर्जा घनतेवरून शक्ती घनतेचे मूल्य मोजावे लागते, जे जास्त असते. अधिक योग्य अर्धी उंची आणि रुंदी ही अर्ध्या उंची आणि रुंदीच्या समाकलनाने मोजली पाहिजे. हे जाणून घेण्यासाठी संबंधित बारकाव्याचे मानक आहे की नाही, यावर कोणताही सविस्तर तपास झालेला नाही. शक्ती घनतेसाठी गणना करताना, सामान्यतः एकल पल्स ऊर्जेचा वापर करून गणना करणे शक्य आहे, एकल पल्स ऊर्जा/पल्स रुंदी/स्पॉट क्षेत्रफळ, जी अवकाशीय सरासरी शक्ती असते, आणि नंतर अवकाशीय शिखर शक्तीसाठी त्याला २ ने गुणावे (अवकाशीय वितरण गॉस वितरणासाठी अशी प्रक्रिया आहे, टॉप-हॅटसाठी असे करण्याची गरज नाही), आणि नंतर रेडियल वितरणाच्या सूत्राने गुणावे, आणि तुमचे काम झाले.