一、什么是激光功率?

　　激光功率以瓦 (W)、千瓦 (kW) 或毫瓦 (mW) 表示。每瓦表示激光器每秒可以發(fā)射 1 焦耳的能量。意味著100W的激光器每秒可以發(fā)射100焦耳的能量。

　　激光功率不得與功率密度混淆。 50W 和 200W 激光器可以以相同的方式聚焦能量并執(zhí)行相同的任務(wù)。由于功率較高的激光器在一秒鐘內(nèi)發(fā)射更多的能量，因此它們可以更快地完成相同的工作。

　　二、連續(xù)激光功率與脈沖激光功率

　　兩種主要類(lèi)型的激光器以不同的方式使用其可用的激光功率。

　　連續(xù)激光隨著時(shí)間的推移釋放出一致的能量水平。例如，50W 連續(xù)激光器每秒持續(xù)釋放 50 焦耳的能量。

　　脈沖激光器以脈沖形式釋放能量，每次釋放能量之間有短暫的停頓，以便在發(fā)射下一個(gè)脈沖之前積累能量。這使得脈沖激光能夠達(dá)到更高的能量峰值。

　　脈沖激光器通常比連續(xù)波激光器更受歡迎，因?yàn)樗鼈兛梢援a(chǎn)生材料燒蝕所需的高能量峰值，這是激光打標(biāo)、激光清潔和激光紋理等工藝所需的。

　　三、控制激光功率使用方式的參數(shù)

　　脈沖能量

　　每個(gè)脈沖都包含特定量的能量。激光器通常配置為每個(gè)脈沖釋放 1 毫焦耳 (mJ) 的能量。對(duì)于需要較少能量的應(yīng)用，我們有時(shí)會(huì)降低脈沖能量。例如，激光退火不銹鋼需要緩慢加熱表面，因此需要較低的能量峰值。

　　脈沖持續(xù)時(shí)間

　　每個(gè)激光脈沖都有特定的持續(xù)時(shí)間，可以在短時(shí)間內(nèi)集中能量。脈沖持續(xù)時(shí)間越短，峰值功率越高。這也稱(chēng)為脈沖長(zhǎng)度。

　　例如，飛秒激光器因其脈沖持續(xù)時(shí)間而得名，脈沖持續(xù)時(shí)間范圍在幾飛秒到數(shù)百飛秒之間。

　　脈沖重復(fù)率

　　脈沖重復(fù)率是每秒的脈沖數(shù)。它通常以赫茲 (Hz) 或千赫茲 (kHz) 表示，其中 100 kHz 表示每秒 100,000 個(gè)脈沖。

　　更高功率的激光器可用于每秒釋放更多脈沖。例如，100W 激光器每秒可釋放 100,000 個(gè) 1 mJ 脈沖，而 500W 激光器每秒可釋放 500,000 個(gè) 1 mJ 脈沖。

　　為了進(jìn)一步闡明這個(gè)概念，100W 也可以每秒釋放 500,000 個(gè)脈沖，但要做到這一點(diǎn)，脈沖能量需要降低到 0.2 mJ。這是因?yàn)橹貜?fù)率控制激光功率隨時(shí)間的分布方式。如果將脈沖能量乘以脈沖重復(fù)率，即可獲得激光功率。

　　為了滿(mǎn)足高重復(fù)率(即每秒產(chǎn)生更多脈沖)的需求，需要高質(zhì)量的激光掃描頭來(lái)更有效地重定向激光束。

　　光斑尺寸

　　激光束可以具有不同的形狀(圓形、方形、矩形等)，并且激光能量可以不均勻地分布在該區(qū)域上。光斑尺寸代表能量最集中的激光束的直徑。對(duì)于高斯光束，它在激光束強(qiáng)度降至其峰值的 13.5% 時(shí)停止。

　　光斑尺寸越小意味著能量峰值越高。它可以通過(guò)聚焦透鏡和擴(kuò)束器等光學(xué)元件進(jìn)行調(diào)整。

　　一些激光工藝需要較小的光斑尺寸。例如，我們通常使用 0.125 毫米的光斑尺寸進(jìn)行激光打標(biāo)。但對(duì)于需要深入材料的工藝，我們使用 0.075 毫米的較小光斑尺寸。

　　光束輪廓

　　光束輪廓是激光能量沿激光束直徑的分布情況。它是使用光束分析儀進(jìn)行測(cè)量的?？梢栽诩す馐窂缴系牟煌恢眠M(jìn)行測(cè)量。

　　如果查看上圖中的高斯分布，會(huì)發(fā)現(xiàn)距離光束中心越遠(yuǎn)，能量水平越低。如果觀察平頂輪廓，會(huì)發(fā)現(xiàn)能量水平是恒定的。高斯輪廓可以達(dá)到更高的峰值功率和更小的光斑尺寸，而平頂輪廓可以更好地利用總能量，并且可以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果(例如激光切割時(shí)更干凈的切割)。

　　平頂光束的成本效率低于高斯光束，因?yàn)樗鼈冃枰~外的設(shè)置(即改變光束形狀的衍射光學(xué)元件)。高斯光束具有“自然”的光束形狀。

　　四、平均功率、峰值功率和功率密度：有什么區(qū)別?

　　平均功率

　　平均功率與激光功率相同。它代表激光器在一秒內(nèi)的平均輸出功率。 100W的激光器，無(wú)論是連續(xù)的還是脈沖的，平均功率都是100W。

　　峰值功率

　　峰值功率是激光器在特定時(shí)間間隔內(nèi)達(dá)到的最高功率輸出。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它表示脈沖相對(duì)于其持續(xù)時(shí)間所包含的能量。

　　當(dāng)毫焦耳在很短的時(shí)間內(nèi)集中時(shí)，它們就會(huì)達(dá)到高能量水平。其效果類(lèi)似于幾乎完全堵塞軟管?chē)娮鞎r(shí)的效果。從小孔中流出的水壓要大得多。當(dāng)激光束聚焦在小區(qū)域和短持續(xù)時(shí)間時(shí)，這同樣適用于激光束的能量。

　　要計(jì)算峰值功率，只需將脈沖能量(以焦耳為單位)除以脈沖持續(xù)時(shí)間(以秒為單位)即可。例如，脈沖持續(xù)時(shí)間為 100 ns 的 1 mJ 脈沖的峰值功率至少為 10,000 瓦。

　　功率密度

　　功率密度，也稱(chēng)為輻照度，是幫助我們了解能量集中度的參數(shù)。以 W/cm 2為單位測(cè)量，它顯示了能量傳輸率(以瓦特表示)與光束尺寸(以 cm 2表示)的關(guān)系。要確定功率密度，可以將激光功率除以光束尺寸。

　　深圳市博納德精密儀器有限公司經(jīng)營(yíng)的產(chǎn)品有：Scitec光學(xué)斬波器、SRS放大器、Femto電流放大器、Femto電壓放大器、Femto光電探測(cè)器、Femto鎖相放大器、脈沖發(fā)生器、AA Lab Systems放大器/信號(hào)調(diào)節(jié)器、美國(guó)DL Instruments前置放大器等其它設(shè)備，如有需要可以聯(lián)系我們。