พลังงานพัลส์ของเลเซอร์

พลังงานพัลส์ของเลเซอร์หมายถึงพลังงานที่ส่งโดยพัลส์เลเซอร์ต่อหน่วยเวลา โดยทั่วไป เลเซอร์สามารถปล่อยคลื่นต่อเนื่อง (CW) หรือคลื่นพัลส์ โดยคลื่นพัลส์มีความสำคัญอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น การประมวลผลวัสดุ การสำรวจระยะไกล อุปกรณ์ทางการแพทย์ และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การทำความเข้าใจลักษณะเฉพาะของพลังงานพัลส์เลเซอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งาน

1. ความหมายและการวัดพลังงานพัลส์

พลังงานพัลส์เลเซอร์คือพลังงานที่ปล่อยออกมาจากพัลส์เลเซอร์แต่ละพัลส์ โดยปกติวัดเป็นจูล (J) เลเซอร์แบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) จะปล่อยพลังงานออกมาในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งแตกต่างจากเลเซอร์แบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) และขนาดของพลังงานมักจะสัมพันธ์กับระยะเวลาของพัลส์ (ความกว้างของพัลส์) และกำลังสูงสุด

สามารถคำนวณพลังงานพัลส์ได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้: E = Ppeak × τ. โดยที่ E คือพลังงานพัลส์ (จูล) Ppeak คือพลังงานสูงสุดของพัลส์ (วัตต์) และ τ คือระยะเวลาของพัลส์ (วินาที) ซึ่งหมายความว่าพลังงานพัลส์เกี่ยวข้องโดยตรงกับทั้งพลังงานสูงสุดและความกว้างของพัลส์

2. ปัจจัยที่มีผลต่อพลังงานพัลส์

ปัจจัยหลายประการมีอิทธิพลต่อพลังงานพัลส์ของเลเซอร์ ได้แก่:

①การออกแบบและประเภทเลเซอร์:
เลเซอร์ประเภทต่างๆ มีผลต่อขนาดของพลังงานพัลส์ ตัวอย่างเช่น เลเซอร์โซลิดสเตตโดยทั่วไปจะมีพลังงานพัลส์สูงกว่า เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการเอาต์พุตกำลังสูง ในทางกลับกัน เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถผลิตพัลส์ที่มีกำลังสูงกว่าได้โดยการปรับความยาวคลื่น

②ระยะเวลาพัลส์ (ความกว้างพัลส์):
ยิ่งความกว้างของพัลส์สั้นเท่าไร พลังงานสูงสุดในช่วงเวลาที่กำหนดก็จะยิ่งสูงขึ้น ซึ่งทำให้มีพลังงานพัลส์สูงขึ้น โดยทั่วไปแล้วความกว้างของพัลส์ในเลเซอร์แบบพัลส์จะปรับได้ระหว่างนาโนวินาทีและพิโควินาที โดยพัลส์สั้นจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแอพพลิเคชั่นที่มีความแม่นยำสูง เนื่องจากมีพลังงานสูงสุดที่สูง

③ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานและพลังงานเลเซอร์:
ประสิทธิภาพของเลเซอร์กำหนดเอาต์พุตพลังงานโดยตรง ระบบเลเซอร์บางระบบสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงได้โดยการปรับปรุงการออกแบบตัวกลางเกนหรือโพรงเลเซอร์ ส่งผลให้พลังงานพัลส์เพิ่มขึ้น

④เครื่องขยายเสียงเลเซอร์:
ในระบบเลเซอร์กำลังสูงหลายระบบ มีการใช้เครื่องขยายสัญญาณเพื่อเพิ่มพลังงานเอาต์พุต โดยการขยายสัญญาณหลายขั้นตอนจะช่วยเพิ่มพลังงานพัลส์ได้อย่างมาก

⑤กระแสไดรฟ์เลเซอร์:
กระแสขับเคลื่อนของไดโอดเลเซอร์หรือระบบเลเซอร์เป็นปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อกำลังเอาต์พุตและพลังงานพัลส์ โดยการปรับกระแส สถานะการกระตุ้นของเลเซอร์สามารถปรับเปลี่ยนได้ จึงส่งผลต่อเอาต์พุตพลังงานพัลส์

3. การประยุกต์ใช้พลังงานพัลส์เลเซอร์

ขนาดของพลังงานพัลส์เลเซอร์จะกำหนดความเหมาะสมสำหรับสาขาต่างๆ การใช้งานทั่วไป ได้แก่:

①การประมวลผลวัสดุ:
ในการเชื่อม การตัด และการแกะสลักด้วยเลเซอร์ พลังงานพัลส์สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำเพื่อให้ได้การประมวลผลที่มีประสิทธิภาพและความแม่นยำสูง พลังงานพัลส์ที่สูงกว่าเหมาะสำหรับการประมวลผลวัสดุโลหะ ในขณะที่พลังงานพัลส์ที่ต่ำใช้สำหรับการบำบัดพื้นผิวละเอียด

②การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์:
เลเซอร์แบบพัลส์ใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการผ่าตัดด้วยเลเซอร์ การรักษาผิวหนัง และการรักษาโรคตา ตัวอย่างเช่น เลเซอร์แบบพัลส์ที่มีพลังงานสูงสามารถโฟกัสพลังงานเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นเฉพาะไปยังบริเวณเล็กๆ เพื่อทำลายเนื้อเยื่อที่เป็นโรคหรือรักษาโรคตาได้

③LiDAR และการสำรวจระยะไกล:
เทคโนโลยี LiDAR อาศัยเลเซอร์พลังงานพัลส์สูงเพื่อการวัดระยะและการถ่ายภาพที่แม่นยำ ในการตรวจสอบสภาพแวดล้อม การขับขี่อัตโนมัติ และการเฝ้าระวังโดรน ขนาดพลังงานพัลส์ส่งผลโดยตรงต่อระยะการตรวจจับและความละเอียดของระบบ LiDAR

④การวิจัยทางวิทยาศาสตร์:
เลเซอร์แบบพัลส์ยังมีบทบาทสำคัญในการทดลองทางฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยา โดยการควบคุมพลังงานพัลส์อย่างแม่นยำ นักวิทยาศาสตร์สามารถทำการวิจัยสเปกโตรสโคปีเหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ การเร่งอนุภาค และการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูง

4. วิธีการเพิ่มพลังงานชีพจร

วิธีทั่วไปในการเพิ่มพลังงานพัลส์เลเซอร์ ได้แก่ :

①ได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพปานกลาง:
โดยการเลือกตัวกลางค่าเกนที่เหมาะสมและเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโพรงเลเซอร์ จะสามารถเพิ่มพลังงานเอาต์พุตของเลเซอร์ได้

②การขยายเลเซอร์แบบหลายขั้นตอน:
เครื่องขยายสัญญาณแบบหลายขั้นตอนสามารถเพิ่มพลังงานพัลส์ของเลเซอร์ได้ทีละน้อยเพื่อตอบสนองความต้องการของแอพพลิเคชั่นที่แตกต่างกัน

③การเพิ่มกระแสไดรฟ์หรือความกว้างของพัลส์:
การปรับกระแสไดรฟ์เลเซอร์หรือความกว้างของพัลส์อาจส่งผลให้พลังงานพัลส์มีขนาดใหญ่ขึ้น

④เทคโนโลยีการบีบอัดแบบพัลส์:
การใช้เทคนิคการบีบอัดพัลส์ สามารถทำให้ระยะเวลาของพัลส์สั้นลงได้ เพิ่มพลังสูงสุด และปลดปล่อยพลังงานออกมาได้มากขึ้นในเวลาที่สั้นลง

5. บทสรุป

พลังงานพัลส์เลเซอร์เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและการใช้งานของเลเซอร์ในสาขาต่างๆ ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีเลเซอร์ เลเซอร์แบบพัลส์จะมีการใช้งานที่กว้างขวางมากขึ้นในหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่การตัดเฉือนที่มีความแม่นยำไปจนถึงการตรวจจับระยะไกลและการรักษาทางการแพทย์ ผลผลิตพลังงานสูงของเลเซอร์แบบพัลส์เปิดโอกาสใหม่ๆ ความเข้าใจแนวคิดพื้นฐานของพลังงานพัลส์และปัจจัยที่มีอิทธิพลสามารถช่วยให้ตัดสินใจเลือกได้อย่างเป็นวิทยาศาสตร์มากขึ้นเมื่อออกแบบและนำระบบเลเซอร์ไปใช้