Лазердің импульстік энергиясы уақыт бірлігінде лазер импульсінің беретін энергиясын білдіреді. Әдетте, лазерлер үздіксіз толқындарды (ҮТ) немесе импульстік толқындарды шығара алады, соңғысы материалдарды өңдеу, қашықтықтан зондтау, медициналық жабдықтар және ғылыми зерттеулер сияқты көптеген қолданбаларда ерекше маңызды. Лазер импульстік энергиясының сипаттамаларын түсіну оның жұмысын оңтайландыру және қолдану тиімділігін арттыру үшін өте маңызды.
1. Импульстік энергияны анықтау және өлшеу
Лазерлік импульс энергиясы - әрбір лазерлік импульс бөлетін энергия, әдетте джоульмен (Дж) өлшенеді. Үздіксіз толқынды (ҮТ) лазерлерден айырмашылығы, импульсті лазерлер энергияны қысқа уақыт ішінде бөледі, ал энергияның шамасы әдетте импульс ұзақтығына (импульс ені) және шың қуатына байланысты.
Импульстік энергияны келесі формула бойынша есептеуге болады: E = P шыңы × τ. Мұндағы E – импульс энергиясы (джоуль), P шыңы – импульстің шың қуаты (ватт), ал τ – импульс ұзақтығы (секунд). Бұл импульс энергиясының шың қуатына да, импульс еніне де тікелей байланысты екенін білдіреді.
2. Импульстік энергияға әсер ететін факторлар
Лазердің импульстік энергиясына бірнеше факторлар әсер етеді, соның ішінде:
①Лазердің дизайны және түрі:
Әртүрлі лазер түрлері импульстік энергияның өлшеміне әсер етеді. Мысалы, қатты денелі лазерлер әдетте жоғары импульстік энергияны ұсынады, бұл жоғары қуат шығысын қажет ететін қолданбаларға жарамды. Екінші жағынан, талшықты лазерлер толқын ұзындығын реттеу арқылы жоғары қуатты импульстарды шығара алады.
②Пульс ұзақтығы (пульс ені):
Импульс ені неғұрлым қысқа болса, берілген уақыт ішінде шың қуаты соғұрлым жоғары болады, бұл импульс энергиясының жоғары болуына мүмкіндік береді. Импульсті лазерлердегі импульс ені әдетте наносекундтар мен пикосекундтар арасында реттеледі, ал қысқа импульстар жоғары шың қуатына байланысты жоғары дәлдіктегі қолданбаларда кеңінен қолданылады.
③Лазерлік қуат және энергияны түрлендіру тиімділігі:
Лазердің тиімділігі энергия шығынын тікелей анықтайды. Кейбір лазерлік жүйелер күшейту ортасының немесе лазер қуысының дизайнын оңтайландыру арқылы түрлендіру тиімділігін арттыра алады, осылайша импульстік энергияны арттырады.
④Лазерлік күшейткіштер:
Көптеген жоғары қуатты лазерлік жүйелерде шығыс энергиясын арттыру үшін күшейткіштер қолданылады. Көп сатылы күшейту арқылы импульстік энергияны айтарлықтай арттыруға болады.
⑤Лазерлік жетек тогы:
Лазер диодының немесе лазер жүйесінің жетек тогы оның шығыс қуаты мен импульстік энергиясына әсер ететін негізгі фактор болып табылады. Токты реттеу арқылы лазердің қоздыру күйін өзгертуге болады, осылайша импульстік энергия шығысына әсер етеді.
3. Лазерлік импульстік энергияны қолдану
Лазер импульсінің энергиясының мөлшері оның әртүрлі өрістерге жарамдылығын анықтайды. Кейбір типтік қолданыстарға мыналар жатады:
①Материалды өңдеу:
Лазерлік дәнекерлеу, кесу және гравировкалау кезінде импульстік энергияны тиімді және жоғары дәлдіктегі өңдеуге қол жеткізу үшін дәл басқаруға болады. Жоғары импульстік энергия металл материалдарды өңдеуге жарамды, ал төмен энергиялы импульстар ұсақ беттерді өңдеу үшін қолданылады.
②Медициналық қолданылуы:
Импульсті лазерлер медицина саласында, әсіресе лазерлік операцияларда, тері емдеуде және офтальмологиялық емдеуде кеңінен қолданылады. Мысалы, жоғары энергиялы импульсті лазерлер ауру тіндерді жою немесе көз ауруларын емдеу үшін белгілі бір толқын ұзындығындағы лазер энергиясын шағын аймақтарға шоғырландыра алады.
③LiDAR және қашықтықтан зондтау:
LiDAR технологиясы дәл қашықтықты анықтау және бейнелеу үшін жоғары импульсті энергиялы лазерлерге негізделген. Қоршаған ортаны бақылауда, автономды жүргізуде және дрондарды бақылауда импульстік энергия мөлшері LiDAR жүйесінің анықтау қашықтығы мен ажыратымдылығына тікелей әсер етеді.
④Ғылыми зерттеулер:
Импульсті лазерлер физика, химия және биология саласындағы тәжірибелерде де маңызды рөл атқарады. Импульстік энергияны дәл басқару арқылы ғалымдар жоғары дәлдіктегі лазерлік спектроскопияны, бөлшектердің үдеуін және лазерлік салқындатуды зерттеуді жүргізе алады.
4. Импульстік энергияны арттыру әдістері
Лазерлік импульс энергиясын арттырудың кең таралған әдістеріне мыналар жатады:
①Орташа оңтайландыруды арттыру:
Тиісті күшейту ортасын таңдау және лазер қуысының дизайнын оңтайландыру арқылы лазердің шығыс энергиясын арттыруға болады.
②Көп сатылы лазерлік күшейту:
Көп сатылы күшейткіштер әртүрлі қолданбалардың талаптарын қанағаттандыру үшін лазердің импульстік энергиясын біртіндеп арттыра алады.
③Жетек тогын немесе импульс енін арттыру:
Лазердің жетек тогын немесе импульс енін реттеу импульс энергиясының жоғарылауына әкелуі мүмкін.
④Импульстік сығымдау технологиясы:
Импульсті қысу әдістерін қолдана отырып, импульстің ұзақтығын қысқартуға болады, бұл оның шыңдық қуатын арттырады және қысқа уақыт ішінде көбірек энергия бөледі.
5. Қорытынды
Лазерлік импульстік энергия әртүрлі салаларда лазерлердің өнімділігі мен қолданылуына тікелей әсер ететін негізгі параметр болып табылады. Лазерлік технологияның үздіксіз дамуымен импульстік лазерлер көптеген салаларда кеңінен қолданыла бастайды. Дәл өңдеуден бастап қашықтықтан зондтау және медициналық емдеуге дейін импульстік лазерлердің жоғары энергия шығыны жаңа мүмкіндіктер ашады. Импульстік энергияның негізгі ұғымдарын және оның әсер ететін факторларын түсіну лазерлік жүйелерді жобалау және қолдану кезінде ғылыми таңдау жасауға көмектеседі.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 11 ақпан