飛秒激光器功率密度怎么計(jì)算？
發(fā)布時間：2021-02-20 11:10
飛秒激光器是20世紀(jì)以來，在科技領(lǐng)域中繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，堪稱新時代的“四大發(fā)明”之一。飛秒激光器功率密度怎么計(jì)算？自1917年愛因斯坦提出了一整套受激輻射放大理論，直到1960年第一臺激光器才正式問世。當(dāng)然這其中經(jīng)歷了很多的曲折，但是自誕生之日開始，由于激光一系列優(yōu)異的特性，人們就預(yù)言到了激光將對人類文明產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
飛秒激光器產(chǎn)生的條件：需要形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。那么當(dāng)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)超過一定值后，就會形成振蕩，產(chǎn)生激光。當(dāng)激光發(fā)射以后，上能級粒子數(shù)就消耗掉了，所以振蕩就停止了，直到下一次粒子數(shù)累積后再反轉(zhuǎn)（專業(yè)術(shù)語：弛豫振蕩）。
目前，激光應(yīng)用已經(jīng)遍及物理學(xué)、天文學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)制造、通信、軍事等領(lǐng)域。小到一支激光筆，大到美國國家點(diǎn)火裝置（NIF）、中國的神光（SG）系列裝置都是用來產(chǎn)生特定激光的激光器。飛秒激光器價(jià)格行情走勢已經(jīng)在上一篇文章中詳細(xì)介紹了，這里不再贅述。
一、激光功率密度=輸出功率/光斑面積。由此就可以計(jì)算出功率密度了。
二、飛秒激光器功率密度怎么計(jì)算？
首先，需要測量光斑的大小對于光斑直徑的測量，一般有套孔法、刀口法、激光輪廓分析儀（CCD）測量等。
1、套孔法：由于實(shí)驗(yàn)上很難做到孔與光束同心，因而精確度難保證。
2、激光輪廓分析儀（CCD）測試：可保證測量結(jié)果的精確度，軟件界面中光斑直徑可提供四種計(jì)量方法的測試結(jié)果，其中最廣泛使用的是以峰值的13.5%（1/e2）為邊界的定義方法，這種測試方法雖然精度高，但對于高功率的激光器，CCD存在飽和現(xiàn)象，如用衰減器，可能會引起光束畸變。
3、刀口法：是測量高功率激光器光斑直徑較理想的方法。取待測激光透過刀口邊緣光功率占總功率10%的刀口位置坐標(biāo)x1，取待測激光透過刀口邊緣光功率占總功率90%的刀口位置坐標(biāo)x2，光斑直徑=1.561×|x1-x2|（其中1.561是擬合值）。
三、用直尺或人眼測量可見光的光斑直徑時，為什么得到的激光光斑直徑要比使用專業(yè)的光斑輪廓分析儀測得的光斑直徑要大？——這是因?yàn)榧す饽芰繌?qiáng)且集中，作用到物體上會有一定發(fā)散，而使用光斑輪廓分析儀測量，常用峰值強(qiáng)度的（13.5%）點(diǎn)處的光斑直徑作為測量結(jié)果，所以得到的測量結(jié)果會相對小。
飛秒激光器功率密度怎么計(jì)算？飛秒激光器的能量換算
飛秒激光器的發(fā)射激光是不連續(xù)，一般以高重頻脈沖間隔發(fā)射。發(fā)射能量以功的單位焦耳（J）計(jì)，即每次脈沖做功多少焦耳。
連續(xù)激光器發(fā)射的能量以功率單位瓦特（W）計(jì)量，即每秒鐘做功多少焦耳，表示單位時間內(nèi)做功多少。
瓦和焦耳的關(guān)系：1W=1J/秒。
一臺飛秒激光器，飛秒發(fā)射能量是1焦耳/次，脈沖頻率是50Hz，則每秒鐘發(fā)射激光50次，每秒鐘內(nèi)做功的平均功率為：50X?1焦耳=50焦耳，所以，平均功率就換算為50瓦。再舉例說明峰值功率的計(jì)算，一臺飛秒脈沖激光器，脈沖能量是0.14mJ/次，每次脈寬20ns,?脈沖頻率100kHz。
平均功率為：0.14mJ?X?100k=14J/s=14W，即平均功率為14瓦；
峰值功率是每次飛秒脈沖能量與脈寬之比，即峰值功率：0.14mJ/20ns=7000W=7kW,?峰值功率為7千瓦。
