طاقة النبض من الليزر

تشير طاقة النبض للليزر إلى الطاقة المرسلة بواسطة نبض ليزر لكل وحدة زمنية. عادةً ما يمكن أن تنبعث الليزر الموجات المستمرة (CW) أو الموجات النبضية ، مع أهمية الأخيرة بشكل خاص في العديد من التطبيقات مثل معالجة المواد ، والاستشعار عن بُعد ، والمعدات الطبية ، والبحث العلمي. يعد فهم خصائص طاقة نبض الليزر أمرًا بالغ الأهمية لتحسين أدائها وتحسين كفاءة التطبيق.

1. تعريف وقياس طاقة النبض

طاقة نبض الليزر هي الطاقة التي تصدرها كل نبضة ليزر ، وعادة ما تقاس في joules (J). على عكس الليزر الموجي المستمر (CW) ، تطلق الليزر النبضي طاقة في فترة زمنية قصيرة ، وعادة ما يرتبط حجم الطاقة بمدة النبض (عرض النبض) وقوة الذروة.

يمكن حساب طاقة النبض باستخدام الصيغة التالية: e = ppeak × τ. عندما تكون E طاقة النبض (joules) ، فإن ppeak هي قوة الذروة للنبض (واتس) ، و τ هي مدة النبض (ثانية). وهذا يعني أن طاقة النبض ترتبط ارتباطًا مباشرًا بكل من قوة الذروة وعرض النبض.

2. العوامل التي تؤثر على طاقة النبض

هناك عدة عوامل تؤثر على طاقة النبض للليزر ، بما في ذلك:

①تصميم الليزر والنوع:
أنواع مختلفة من الليزر تؤثر على حجم طاقة النبض. على سبيل المثال ، توفر ليزر الحالة الصلبة عادة طاقة نبض أعلى ، ومناسبة للتطبيقات التي تتطلب إنتاج طاقة مرتفع. من ناحية أخرى ، يمكن أن تنتج ليزر الألياف نبضات ذات طاقة أعلى عن طريق ضبط طولها الموجي.

②مدة النبض (عرض النبض):
كلما كان عرض النبض أقصر ، كلما ارتفعت قوة الذروة في وقت معين ، مما يتيح طاقة نبض أعلى. عادةً ما تكون عروض النبض في الليزر النبضي قابلة للتعديل بين النانو ثانية والبيكوسكوند ، مع استخدام نبضات قصيرة على نطاق واسع في التطبيقات عالية الدقة بسبب قوتها المرتفعة.

③كفاءة الطاقة الليزر وتحويل الطاقة:
كفاءة الليزر تحدد مباشرة ناتج الطاقة. يمكن لبعض أنظمة الليزر تعزيز كفاءة التحويل من خلال تحسين تصميم وسط الكسب أو تجويف الليزر ، وبالتالي زيادة طاقة النبض.

④مكبرات الصوت بالليزر:
في العديد من أنظمة الليزر عالية الطاقة ، يتم استخدام مكبرات الصوت لزيادة طاقة الخرج. من خلال التضخيم متعدد المراحل ، يمكن تعزيز طاقة النبض بشكل كبير.

⑤تيار محرك الليزر:
يعد تيار محرك الأقراص لثنائي الليزر أو نظام الليزر عاملاً رئيسياً يؤثر على طاقة الناتج وطاقة النبض. عن طريق ضبط التيار ، يمكن تعديل حالة الإثارة بالليزر ، مما يؤثر على ناتج طاقة النبض.

3. تطبيقات طاقة نبض الليزر

يحدد حجم طاقة نبض الليزر مدى ملاءمتها للحقول المختلفة. تشمل بعض التطبيقات النموذجية:

①معالجة المواد:
في اللحام بالليزر والقطع والنقش ، يمكن التحكم في طاقة النبض بدقة لتحقيق معالجة فعالة وعالية الدقة. طاقة النبض الأعلى مناسبة لمعالجة المواد المعدنية ، في حين يتم استخدام نبضات الطاقة المنخفضة للعلاجات السطحية الدقيقة.

②التطبيقات الطبية:
تستخدم الليزر النبضي على نطاق واسع في المجال الطبي ، خاصة بالنسبة لعمليات جراحية الليزر ، وعلاجات الجلد ، وعلاجات العيون. على سبيل المثال ، يمكن أن تركز الليزر النبضي مع طاقة أعلى طاقة ليزر ذات أطوال موجية محددة على مساحات صغيرة لتلبية الأنسجة المريضة أو علاج ظروف العين.

③ليدار والاستشعار عن بعد:
تعتمد تقنية Lidar على الليزر عالية الطاقة النبض من أجل التصوير الدقيق. في المراقبة البيئية ، والقيادة ذاتية الحكم ، ومراقبة الطائرات بدون طيار ، يؤثر حجم طاقة النبض بشكل مباشر على مسافة الكشف ودقة نظام LIDAR.

④البحث العلمي:
تلعب الليزر النبضي أيضًا دورًا مهمًا في التجارب في الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا. من خلال التحكم في طاقة النبض بدقة ، يمكن للعلماء إجراء التحليل الطيفي الناجم عن الليزر ، وتسارع الجسيمات ، وأبحاث تبريد الليزر.

4. طرق لزيادة طاقة النبض

تشمل الطرق الشائعة لزيادة طاقة نبض الليزر:

①الحصول على تحسين متوسطة:
من خلال اختيار وسيط كسب مناسب وتحسين تصميم تجويف الليزر ، يمكن زيادة طاقة الإخراج للليزر.

②تضخيم الليزر متعدد المراحل:
يمكن لمكبرات الصوت متعددة المراحل أن تزيد تدريجياً من طاقة النبض للليزر لتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة.

③زيادة التيار أو عرض النبض:
يمكن أن يؤدي ضبط تيار محرك الليزر أو عرض النبض إلى طاقة نبض أكبر.

④تكنولوجيا ضغط النبض:
باستخدام تقنيات ضغط النبض ، يمكن تقصير مدة النبض ، مما يزيد من قوتها الذروة وإطلاق المزيد من الطاقة في وقت أقصر.

5. الخلاصة

تعتبر Laser Pulse Energy معلمة رئيسية تؤثر بشكل مباشر على أداء وتطبيق الليزر في مختلف المجالات. مع التقدم المستمر في تكنولوجيا الليزر ، سيكون للليزر النبضي تطبيقات أوسع في العديد من الصناعات. من الآلات الدقيقة إلى الاستشعار عن بعد والعلاجات الطبية ، يفتح الناتج العالي للطاقة من الليزر النبضي إمكانيات جديدة. يمكن أن يساعد فهم المفاهيم الأساسية لطاقة النبض وعواملها المؤثرة في اتخاذ المزيد من الخيارات العلمية عند تصميم وتطبيق أنظمة الليزر.