พลังชีพจรของเลเซอร์

พลังงานชีพจรของเลเซอร์หมายถึงพลังงานที่ส่งโดยเลเซอร์ชีพจรต่อหน่วยเวลา โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์สามารถปล่อยคลื่นอย่างต่อเนื่อง (CW) หรือคลื่นพัลซิ่งโดยมีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานหลายอย่างเช่นการประมวลผลวัสดุการตรวจจับระยะไกลอุปกรณ์การแพทย์และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การทำความเข้าใจลักษณะของพลังงานพัลส์เลเซอร์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปรับประสิทธิภาพให้เหมาะสมและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งาน

1. คำจำกัดความและการวัดพลังงานชีพจร

พลังงานพัลส์เลเซอร์คือพลังงานที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์ชีพจรแต่ละตัวมักจะวัดในจูล (j) ซึ่งแตกต่างจากเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง (CW) เลเซอร์พัลซิ่งปล่อยพลังงานในระยะเวลาอันสั้นและขนาดของพลังงานมักเกี่ยวข้องกับระยะเวลาพัลส์ (ความกว้างของชีพจร) และพลังงานสูงสุด

สามารถคำนวณพลังงานชีพจรได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้: e = ppeak ×τ. โดยที่ E คือพลังงานพัลส์ (จูล), ppeak คือพลังสูงสุดของชีพจร (วัตต์) และτคือระยะเวลาพัลส์ (วินาที) ซึ่งหมายความว่าพลังงานพัลส์เกี่ยวข้องโดยตรงกับพลังสูงสุดและความกว้างของชีพจร

2. ปัจจัยที่มีผลต่อพลังงานชีพจร

มีหลายปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อพลังงานชีพจรของเลเซอร์รวมถึง:

①การออกแบบเลเซอร์และประเภท:
เลเซอร์ประเภทต่าง ๆ มีผลต่อขนาดของพลังงานชีพจร ตัวอย่างเช่นเลเซอร์โซลิดสเตตมักจะให้พลังงานพัลส์ที่สูงขึ้นเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการกำลังไฟสูง ในทางกลับกันเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถผลิตพัลส์ที่มีพลังงานสูงขึ้นโดยการปรับความยาวคลื่น

②ระยะเวลาชีพจร (ความกว้างพัลส์):
ยิ่งความกว้างของพัลส์สั้นลงเท่าใดพลังงานสูงสุดในเวลาที่กำหนดซึ่งจะช่วยให้พลังงานพัลส์สูงขึ้น ความกว้างของพัลส์ในเลเซอร์พัลซิ่งสามารถปรับได้ระหว่างนาโนวินาทีและ picoseconds โดยมีพัลส์สั้น ๆ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานที่มีความแม่นยำสูงเนื่องจากกำลังสูงสุดของพวกเขา

③ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเลเซอร์และพลังงาน:
ประสิทธิภาพของเลเซอร์จะกำหนดพลังงานโดยตรง ระบบเลเซอร์บางระบบสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงโดยเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของตัวกลางรับหรือโพรงเลเซอร์ซึ่งจะเป็นการเพิ่มพลังงานชีพจร

④แอมพลิฟายเออร์เลเซอร์:
ในระบบเลเซอร์พลังงานสูงจำนวนมากแอมพลิฟายเออร์จะใช้เพื่อเพิ่มพลังงานเอาท์พุท ผ่านการขยายหลายขั้นตอนพลังงานชีพจรสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมีนัยสำคัญ

⑤เลเซอร์ไดรฟ์ปัจจุบัน:
กระแสไฟไดรฟ์ของระบบไดโอดเลเซอร์หรือเลเซอร์เป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อพลังงานเอาต์พุตและพลังงานชีพจร โดยการปรับกระแสไฟฟ้าสถานะการกระตุ้นของเลเซอร์สามารถแก้ไขได้จึงส่งผลต่อการส่งออกพลังงานพัลส์

3. แอปพลิเคชันของพลังงานชีพจรเลเซอร์

ขนาดของพลังงานพัลส์เลเซอร์กำหนดความเหมาะสมสำหรับสาขาที่แตกต่างกัน แอพพลิเคชั่นทั่วไปบางอย่าง ได้แก่ :

①การประมวลผลวัสดุ:
ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์การตัดและการแกะสลักพลังงานชีพจรสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำเพื่อให้ได้การประมวลผลที่มีประสิทธิภาพและมีความแม่นยำสูง พลังงานชีพจรที่สูงขึ้นเหมาะสำหรับการประมวลผลวัสดุโลหะในขณะที่พัลส์พลังงานต่ำใช้สำหรับการรักษาพื้นผิวที่ดี

②แอปพลิเคชั่นทางการแพทย์:
เลเซอร์พัลซิ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการผ่าตัดด้วยเลเซอร์การรักษาผิวหนังและการรักษาโรคตา ตัวอย่างเช่นเลเซอร์พัลซิ่งที่มีพลังงานสูงสามารถโฟกัสพลังงานเลเซอร์ของความยาวคลื่นเฉพาะไปยังพื้นที่ขนาดเล็กสำหรับการระเหยเนื้อเยื่อที่เป็นโรคหรือรักษาสภาพดวงตา

③LIDAR และการสำรวจระยะไกล:
เทคโนโลยี LIDAR อาศัยเลเซอร์พลังงานชีพจรสูงเพื่อการถ่ายภาพและการถ่ายภาพที่แม่นยำ ในการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมการขับขี่แบบอิสระและการเฝ้าระวังเสียงพึมพำขนาดพลังงานชีพจรส่งผลโดยตรงต่อระยะการตรวจจับและความละเอียดของระบบ LiDAR

④การวิจัยทางวิทยาศาสตร์:
เลเซอร์พัลส์ยังมีบทบาทสำคัญในการทดลองทางฟิสิกส์เคมีและชีววิทยา โดยการควบคุมพลังงานชีพจรอย่างแม่นยำนักวิทยาศาสตร์สามารถดำเนินการสเปกโทรสโกปีด้วยเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงการเร่งความเร็วของอนุภาคและการวิจัยความเย็นด้วยเลเซอร์

4. วิธีการเพิ่มพลังงานชีพจร

วิธีการทั่วไปในการเพิ่มพลังงานชีพจรเลเซอร์ ได้แก่ :

①รับการเพิ่มประสิทธิภาพขนาดกลาง:
ด้วยการเลือกตัวกลางรับที่เหมาะสมและเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโพรงเลเซอร์พลังงานเอาท์พุทของเลเซอร์สามารถเพิ่มขึ้นได้

②การขยายเลเซอร์หลายขั้นตอน:
แอมพลิฟายเออร์หลายขั้นตอนสามารถค่อยๆเพิ่มพลังงานชีพจรของเลเซอร์เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน

③การเพิ่มความกว้างของไดรฟ์หรือความกว้างของพัลส์:
การปรับความกว้างของไดรฟ์เลเซอร์หรือความกว้างของพัลส์อาจส่งผลให้พลังงานชีพจรขนาดใหญ่ขึ้น

④เทคโนโลยีการบีบอัดชีพจร:
การใช้เทคนิคการบีบอัดพัลส์ระยะเวลาของชีพจรสามารถทำให้สั้นลงเพิ่มกำลังสูงสุดและปล่อยพลังงานมากขึ้นในเวลาที่สั้นลง

5. บทสรุป

Laser Pulse Energy เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่มีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและการประยุกต์ใช้เลเซอร์ในสาขาต่าง ๆ ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีเลเซอร์เลเซอร์พัลซิ่งจะมีแอพพลิเคชั่นที่กว้างขึ้นในหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่การตัดเฉือนที่แม่นยำไปจนถึงการตรวจจับระยะไกลและการรักษาทางการแพทย์การส่งออกพลังงานสูงของเลเซอร์พัลซิ่งสูงเปิดโอกาสใหม่ การทำความเข้าใจแนวคิดพื้นฐานของพลังงานชีพจรและปัจจัยที่มีอิทธิพลสามารถช่วยให้มีทางเลือกทางวิทยาศาสตร์มากขึ้นเมื่อออกแบบและใช้ระบบเลเซอร์