處理激光光學(xué)器件時(shí)，功率和能量密度是需要理解的兩個(gè)重要概念。這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)經(jīng)?；Q使用，但具有不同的含義。下面為大家介紹激光光學(xué)相關(guān)的功率密度、能量密度和其它相關(guān)術(shù)語(yǔ)。
| 名稱 | 含義 | 單位 |
| Power | 每單位時(shí)間的光能，例如激光束傳遞的能量。 | W or J/s |
| Energy | 存儲(chǔ)在電磁輻射中的勢(shì)能，通過(guò)對(duì)時(shí)間積分功率得到。 | J |
| Power Density | 單位面積的功率，也稱為輻照度。 | W/cm2 |
| Energy Density | 單位面積的能量，也稱為注量。 | J/cm2 |
| Linear Power Density | 平頂光束功率的線性分布描述了連續(xù)波 (CW) 激光器的激光誘導(dǎo)損傷閾值 (LIDT)，總功率除以 1/e 2光束直徑。線性功率密度僅適用于平頂光束，必須針對(duì)高斯光束進(jìn)行調(diào)整。 | W/cm2 |
| Peak Irradiance | 在激光脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)達(dá)到的最大輻照度或光功率密度。5個(gè) | W/cm2 |
| Pulse Energy | 在激光脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)達(dá)到的最大光能。 | J |
| Volumetric Power Density | 三維體積的功率，它考慮了材料加工等應(yīng)用中激光穿透樣品的深度。 | W/cm3 |
| Volumetric Energy Density | 三維體積上的能量，它考慮了材料加工等應(yīng)用中激光穿透樣品的深度。 | J/cm3 |
在大多數(shù)科學(xué)學(xué)科中，包括化學(xué)和電氣工程，“功率密度”和“能量密度”通常描述三維體積。然而，在光學(xué)科學(xué)中，這些術(shù)語(yǔ)通常用于描述二維區(qū)域，除非被描述為“體積”。功率密度、能量密度、注量和輻照度在光學(xué)行業(yè)中經(jīng)常互換使用，這可能是完全不準(zhǔn)確的，尤其是在不清楚度量是二維值還是三維值的情況下。這對(duì)于激光切割和焊接應(yīng)用尤為重要，因?yàn)楸仨毧紤]激光穿透的深度，而不是簡(jiǎn)單地接觸表面。體積值通常更適用于這些情況，并且是必須理解的重要區(qū)別以避免誤解。
大多數(shù)激光束具有高斯光束輪廓，因此輻照度和注量在激光器的光軸上均最高，并隨著與軸的偏差增加而降低。其它激光器具有平坦的頂部光束輪廓，與高斯光束不同，它在激光束的橫截面上具有恒定的輻照度輪廓，并且強(qiáng)度快速下降。因此，平頂激光器沒(méi)有峰值輻照度。高斯光束的峰值功率是具有相同平均功率的平頂光束的兩倍。
激光束中的熱點(diǎn)或局部輻照度波動(dòng)通常會(huì)扭曲其高斯分布。熱點(diǎn)不會(huì)影響峰值輻照度，除非熱點(diǎn)功率超過(guò)光軸上的功率，但熱點(diǎn)會(huì)扭曲所有各種功率和能量密度指標(biāo)。功率和能量密度都是體積量，因此激光切割的結(jié)果可能不那么準(zhǔn)確，并且可能會(huì)偏離中心。在微加工應(yīng)用中，用戶將無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單地測(cè)量輻照度或注量來(lái)辨別問(wèn)題。相反，需要仔細(xì)監(jiān)測(cè)光束輪廓。高斯分布類似于鐘形曲線，其中峰值輻照度位于中心，輻照度在兩側(cè)均勻下降。引入熱點(diǎn)將扭曲這種分布。
連續(xù)波 (CW) 激光器需要正確的術(shù)語(yǔ)才能準(zhǔn)確描述其性能。根據(jù)定義，它們沒(méi)有脈沖，因此不能應(yīng)用峰值輻照度。線性密度是適用于具有均勻光束強(qiáng)度的 CW 激光器的適當(dāng)術(shù)語(yǔ)，通常用于通過(guò)將平均功率除以光束直徑來(lái)確定 LIDT。對(duì)于準(zhǔn)連續(xù)激光器，即重復(fù)頻率在 50 KHz 以上的超快脈沖激光器，其峰值輻照度可明顯高于具有同等平均功率的普通脈沖激光器。這是由于等效的平均功率被濃縮成極短的脈沖持續(xù)時(shí)間。準(zhǔn)連續(xù)波激光器的峰值輻照度遠(yuǎn)高于連續(xù)波激光器的輻照度，即使它們具有相同的能量密度。
