一、什么是激光能量密度?

是單位面積傳遞的能量的量度，它告訴我們激光能量的集中程度。有助于避免破壞損壞閾值，并確保良好的工藝質(zhì)量。能量密度實(shí)際上指的是同一個(gè)概念。 激光能量密度的常用單位是焦耳每平方厘米 (J/cm 2 )。

二、如何計(jì)算通量?

計(jì)算光通量非常簡(jiǎn)單。本質(zhì)上只是一個(gè)簡(jiǎn)單的劃分。能量在激光束內(nèi)的分布(即光束的輪廓)對(duì)峰值通量有很大影響。因此，劃分的比例因子會(huì)略有不同，具體取決于激光器是否具有平頂輪廓、高斯輪廓或更不規(guī)則或奇異的輪廓。

三、測(cè)量光束直徑比看起來(lái)更難

激光是具有清晰輪廓的小紅點(diǎn)。測(cè)量激光器的直徑就像測(cè)量一張紙上的圓的直徑一樣簡(jiǎn)單。

然而，實(shí)際上只有平頂激光器才具有這種特性，并且它們僅代表市場(chǎng)上的少數(shù)激光器。大多數(shù)激光器不會(huì)在光束邊緣突然“關(guān)閉”。它們的中間非常亮，然后 邊緣慢慢變暗。

由于激光逐漸變細(xì)，“光束內(nèi)”和“光束外”之間的界限可能有點(diǎn)模糊。這導(dǎo)致了許多光束直徑定義。通常會(huì)遇到的三個(gè)參數(shù)是FWHM、1/e2 和 D4σ，它們僅在光束為高斯分布時(shí)才有意義。

它們代表了將遇到的大多數(shù)光束輪廓。為什么這樣?主要是因?yàn)楦咚构β史植荚谝欢ň嚯x內(nèi)比任何其他分布更有效地保持其形狀。所有這些仍然是理論，正如可能已經(jīng)知道的那樣，就像激光束隨著距離傳播一樣，理論與實(shí)踐之間可能存在很大差異。

因此，為了解決這個(gè)問(wèn)題，就有了所謂的M2因子。該系數(shù)是指激光束與理論高斯分布(或鐘形曲線)的相似程度?？梢蚤_(kāi)發(fā)出出色的模型來(lái)表征光束，但沒(méi)有什么比實(shí)際觀察它來(lái)評(píng)估其輪廓更好的了。

如果你直視光束，即使看不到它，但是真正嚴(yán)重的損害也可能在幾分之一秒內(nèi)發(fā)生。有很多方法可以測(cè)量。但最有效的是輪廓相機(jī)?？梢蕴峁┕馐膶?shí)時(shí)精確強(qiáng)度分布，包括是否存在任何熱點(diǎn)或缺陷。

四、平頂激光器

讓我們從最簡(jiǎn)單的情況開(kāi)始：平頂激光器，其中能量完美均勻地分布在整個(gè)光束上。計(jì)算能量密度是小菜一碟。只需將能量除以光束面積即可。

例如，讓我們計(jì)算直徑為 4 毫米、10 mJ 的平頂激光脈沖的注量。這種光束的表面積為π*(4mm/2) 2。將10 mJ的脈沖能量除以表面(4 π mm 2)，我們發(fā)現(xiàn)注量為10 mJ / 4 π mm 2 = 0.796 mJ / mm 2，即7.96*10 -2 J/cm 2。

五、高斯激光束

正如前面提到的，高斯光束中的能量分布不均勻。光束中心的功率比外圍的功率大得多。

通常，我們需要峰值 能量密度，因?yàn)槲覀冃枰⒁夥逯的芰棵芏龋员苊獬^(guò)損壞閾值。獲得注量的復(fù)雜方法是整合目標(biāo)區(qū)域的能量分布。簡(jiǎn)單的方法還是簡(jiǎn)單的除法。然而，請(qǐng)注意，這次比例因子為 2，能量更加集中在光束中心。

Peak Fluence = E / ( π w 2 / 2 )，其中w是高斯光束半徑的1/e 2定義。

讓我們計(jì)算與之前相同的激光的峰值能量密度(10 mJ 脈沖，4 mm 直徑)，只不過(guò)這次考慮到輪廓是高斯分布，而不是平頂分布。

Peak Fluence = 10 mJ / (π ( 4 mm / 2 ) 2 / 2) --> 10 mJ/ 2 π mm 2 = 1.59 mJ/mm 2，相當(dāng)于 0.159 J/cm 2。請(qǐng)注意，高斯光束的峰值能量密度是具有相同基本參數(shù)但具有平頂輪廓的激光器能量密度的兩倍。

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