Energia de pols dels làsers

L'energia de pols d'un làser fa referència a l'energia transmesa per un pols làser per unitat de temps. Normalment, els làsers poden emetre ones contínues (CW) o ones pulsades, sent aquestes últimes especialment importants en moltes aplicacions com el processament de materials, la teledetecció, els equips mèdics i la recerca científica. Comprendre les característiques de l'energia de pols làser és crucial per optimitzar-ne el rendiment i millorar l'eficiència de l'aplicació.

1. Definició i mesura de l'energia del pols

L'energia del pols làser és l'energia alliberada per cada pols làser, que normalment es mesura en joules (J). A diferència dels làsers d'ona contínua (CW), els làsers pulsats alliberen energia en un curt període de temps, i la magnitud de l'energia sol estar relacionada amb la durada del pols (amplada del pols) i la potència màxima.

L'energia del pols es pot calcular mitjançant la fórmula següent: E = Ppeak × τ. On E és l'energia del pols (joules), Ppeak és la potència màxima del pols (watts) i τ és la durada del pols (segons). Això significa que l'energia del pols està directament relacionada tant amb la potència màxima com amb l'amplada del pols.

2. Factors que afecten l'energia del pols

Diversos factors influeixen en l'energia del pols d'un làser, com ara:

1.Disseny i tipus de làser:
Els diferents tipus de làsers afecten la mida de l'energia del pols. Per exemple, els làsers d'estat sòlid solen oferir una energia de pols més alta, adequada per a aplicacions que requereixen una potència de sortida elevada. Els làsers de fibra, en canvi, poden produir polsos amb més potència ajustant la seva longitud d'ona.

2.Durada del pols (amplada del pols):
Com més curta sigui l'amplada de pols, més alta serà la potència màxima en un temps determinat, cosa que permet una energia de pols més alta. Les amplades de pols en els làsers polsats solen ser ajustables entre nanosegons i picosegons, i els polsos curts s'utilitzen àmpliament en aplicacions d'alta precisió a causa de la seva alta potència màxima.

3Potència làser i eficiència de conversió d'energia:
L'eficiència del làser determina directament la producció d'energia. Alguns sistemes làser poden millorar l'eficiència de conversió optimitzant el disseny del medi de guany o de la cavitat làser, augmentant així l'energia del pols.

④Amplificadors làser:
En molts sistemes làser d'alta potència, s'utilitzen amplificadors per augmentar l'energia de sortida. Mitjançant l'amplificació multietapa, l'energia del pols es pot augmentar significativament.

5Corrent de l'accionament làser:
El corrent d'accionament del díode làser o del sistema làser és un factor clau que influeix en la seva potència de sortida i energia d'impuls. Ajustant el corrent, es pot modificar l'estat d'excitació del làser, cosa que afecta la sortida d'energia d'impuls.

3. Aplicacions de l'energia dels polsos làser

La mida de l'energia del pols làser determina la seva idoneïtat per a diferents camps. Algunes aplicacions típiques inclouen:

1.Processament de materials:
En la soldadura, el tall i el gravat làser, l'energia del pols es pot controlar amb precisió per aconseguir un processament eficient i d'alta precisió. Una energia de pols més alta és adequada per processar materials metàl·lics, mentre que els polsos de baixa energia s'utilitzen per a tractaments superficials fins.

2.Aplicacions mèdiques:
Els làsers pulsats s'utilitzen àmpliament en el camp mèdic, especialment per a cirurgies làser, tractaments de la pell i tractaments oftalmològics. Per exemple, els làsers pulsats amb més energia poden enfocar l'energia làser de longituds d'ona específiques en zones petites per a l'ablació de teixit malalt o el tractament d'afeccions oculars.

3LiDAR i teledetecció:
La tecnologia LiDAR es basa en làsers d'alta energia de pols per a una precisió en la mesura del nombre de persones i obtenir imatges. En la monitorització ambiental, la conducció autònoma i la vigilància amb drons, la mida de l'energia del pols afecta directament la distància de detecció i la resolució del sistema LiDAR.

④Recerca científica:
Els làsers pulsats també tenen un paper important en experiments de física, química i biologia. Controlant amb precisió l'energia del pols, els científics poden dur a terme investigacions d'alta precisió sobre espectroscòpia induïda per làser, acceleració de partícules i refredament per làser.

4. Mètodes per augmentar l'energia del pols

Els mètodes habituals per augmentar l'energia del pols làser inclouen:

1.Optimització del mitjà de guany:
Seleccionant un medi de guany adequat i optimitzant el disseny de la cavitat làser, es pot augmentar l'energia de sortida del làser.

2.Amplificació làser multietapa:
Els amplificadors multietapa poden augmentar gradualment l'energia del pols del làser per satisfer els requisits de diferents aplicacions.

3Augment del corrent d'accionament o de l'amplada del pols:
Ajustar el corrent d'accionament o l'amplada d'impuls del làser pot resultar en una energia d'impuls més gran.

④Tecnologia de compressió de polsos:
Mitjançant tècniques de compressió d'impulsos, es pot escurçar la durada de l'impuls, augmentant la seva potència màxima i alliberant més energia en un temps més curt.

5. Conclusió

L'energia del pols làser és un paràmetre clau que influeix directament en el rendiment i l'aplicació dels làsers en diversos camps. Amb els avenços continus en la tecnologia làser, els làsers polsats tindran aplicacions més àmplies en moltes indústries. Des del mecanitzat de precisió fins a la teledetecció i els tractaments mèdics, l'alta producció d'energia dels làsers polsats obre noves possibilitats. Comprendre els conceptes bàsics de l'energia del pols i els seus factors d'influència pot ajudar a prendre decisions més científiques a l'hora de dissenyar i aplicar sistemes làser.