레이저의 맥박 에너지

레이저의 펄스 에너지는 단위당 레이저 펄스에 의해 전달되는 에너지를 지칭한다. 일반적으로 레이저는 연속파 (CW) 또는 펄스 파를 방출 할 수 있으며, 후자는 재료 처리, 원격 감지, 의료 장비 및 과학 연구와 같은 많은 응용 분야에서 특히 중요합니다. 레이저 펄스 에너지의 특성을 이해하는 것은 성능을 최적화하고 응용 효율을 향상시키는 데 중요합니다.

1. 맥박 에너지의 정의 및 측정

레이저 펄스 에너지는 각 레이저 펄스에 의해 방출되는 에너지이며, 일반적으로 줄무늬 (J)에서 측정됩니다. 연속파 (CW) 레이저와 달리 펄스 레이저는 짧은 시간에 에너지를 방출하며 에너지의 크기는 일반적으로 펄스 지속 시간 (펄스 폭) 및 피크 전력과 관련이 있습니다.

펄스 에너지는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다. e = ppeak × τ. 여기서 e는 펄스 에너지 (줄스)이고, ppeak는 펄스 (와트)의 피크 전력이고 τ는 펄스 지속 시간 (초)입니다. 이것은 펄스 에너지가 피크 전력 및 펄스 폭과 직접 관련이 있음을 의미합니다.

2. 맥박 에너지에 영향을 미치는 요인

몇 가지 요인이 다음을 포함하여 레이저의 맥박 에너지에 영향을 미칩니다.

①레이저 디자인 및 유형 :
다른 유형의 레이저는 맥박 에너지의 크기에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 고형 상태 레이저는 일반적으로 더 높은 펄스 에너지를 제공하며, 높은 전력 출력이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 반면에 섬유 레이저는 파장을 조정하여 더 높은 전력으로 펄스를 생성 할 수 있습니다.

②펄스 지속 시간 (펄스 폭) :
펄스 폭이 짧을수록 주어진 시간에 피크 전력이 높아져 펄스 에너지가 높아집니다. 펄스 레이저의 펄스 폭은 일반적으로 나노초와 피코 초 사이에서 조절할 수 있으며, 짧은 펄스는 높은 피크 전력으로 인해 고정밀 애플리케이션에서 널리 사용됩니다.

③레이저 전력 및 에너지 전환 효율 :
레이저의 효율은 에너지 출력을 직접 결정합니다. 일부 레이저 시스템은 게인 매체 또는 레이저 캐비티의 설계를 최적화하여 펄스 에너지를 증가시켜 전환 효율을 향상시킬 수 있습니다.

④레이저 증폭기 :
많은 고출력 레이저 시스템에서 앰프는 출력 에너지를 증가시키는 데 사용됩니다. 다단계 증폭을 통해 펄스 에너지가 상당히 향상 될 수 있습니다.

⑤레이저 드라이브 전류 :
레이저 다이오드 또는 레이저 시스템의 구동 전류는 출력 전력 및 펄스 에너지에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 전류를 조정함으로써 레이저의 여기 상태를 수정하여 펄스 에너지 출력에 영향을 줄 수 있습니다.

3. 레이저 펄스 에너지의 응용

레이저 펄스 에너지의 크기는 다른 필드에 대한 적합성을 결정합니다. 일부 일반적인 응용 프로그램에는 다음이 포함됩니다.

①재료 처리 :
레이저 용접, 절단 및 조각에서 펄스 에너지는 효율적이고 고정밀 처리를 달성하기 위해 정확하게 제어 될 수 있습니다. 더 높은 펄스 에너지는 금속 재료를 가공하는 데 적합하지만 저에너지 펄스는 미세한 표면 처리에 사용됩니다.

②의료 응용 프로그램 :
펄스 레이저는 의료 분야, 특히 레이저 수술, 피부 처리 및 안과 치료에 널리 사용됩니다. 예를 들어, 에너지가 높은 펄스 레이저는 특정 파장의 레이저 에너지를 병에 걸린 조직을 제거하거나 눈 상태를 치료하기 위해 작은 영역에 초점을 맞출 수 있습니다.

③LIDAR 및 원격 감지 :
LIDAR 기술은 정확한 범위 및 이미징을 위해 높은 펄스 에너지 레이저에 의존합니다. 환경 모니터링, 자율 주행 및 드론 감시에서 펄스 에너지 크기는 LIDAR 시스템의 탐지 거리 및 해상도에 직접적인 영향을 미칩니다.

④과학 연구 :
펄스 레이저는 물리, 화학 및 생물학 실험에서 중요한 역할을합니다. 펄스 에너지를 정확하게 제어함으로써 과학자들은 고정식 레이저 유발 분광법, 입자 가속 및 레이저 냉각 연구를 수행 할 수 있습니다.

4. 맥박 에너지를 증가시키는 방법

레이저 맥박 에너지를 증가시키는 일반적인 방법은 다음과 같습니다.

①중간 최적화 얻기 :
적절한 게인 매체를 선택하고 레이저 캐비티의 설계를 최적화함으로써 레이저의 출력 에너지를 증가시킬 수 있습니다.

②다단계 레이저 증폭 :
다단계 증폭기는 레이저의 맥박 에너지를 점차적으로 증가시켜 다른 응용 분야의 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다.

③드라이브 전류 또는 펄스 폭 증가 :
레이저 드라이브 전류 또는 펄스 폭을 조정하면 펄스 에너지가 커질 수 있습니다.

④펄스 압축 기술 :
펄스 압축 기술을 사용하면 펄스 지속 시간이 단축되어 최대 전력을 증가시키고 짧은 시간에 더 많은 에너지를 방출 할 수 있습니다.

5. 결론

레이저 펄스 에너지는 다양한 필드에서 레이저의 성능 및 적용에 직접적인 영향을 미치는 주요 매개 변수입니다. 레이저 기술의 지속적인 발전으로 펄스 레이저는 많은 산업 분야에서 광범위한 응용 프로그램을 갖게 될 것입니다. 정밀 가공에서 원격 감지 및 치료에 이르기까지 펄스 레이저의 높은 에너지 출력은 새로운 가능성을 열어줍니다. 펄스 에너지의 기본 개념과 영향 요인을 이해하면 레이저 시스템을 설계하고 적용 할 때보다 과학적으로 선택할 수 있습니다.