લેસરની શક્તિ ઘનતા અને ઊર્જા ઘનતા

લેસરની શક્તિ ઘનતા અને ઊર્જા ઘનતા

ઘનતા એ એક ભૌતિક જથ્થો છે જેનાથી આપણે આપણા રોજિંદા જીવનમાં ખૂબ પરિચિત છીએ, આપણે જે ઘનતાનો સૌથી વધુ સંપર્ક કરીએ છીએ તે સામગ્રીની ઘનતા છે, સૂત્ર ρ=m/v છે, એટલે કે, ઘનતા જથ્થા દ્વારા ભાગ્યા દળ સમાન છે. પરંતુ લેસરની શક્તિ ઘનતા અને ઊર્જા ઘનતા અલગ છે, અહીં વોલ્યુમને બદલે ક્ષેત્રફળ દ્વારા ભાગ્યા છે. શક્તિ એ ઘણી ભૌતિક માત્રાઓ સાથેનો આપણો સંપર્ક પણ છે, કારણ કે આપણે દરરોજ વીજળીનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, વીજળીમાં શક્તિનો સમાવેશ થશે, શક્તિનો આંતરરાષ્ટ્રીય માનક એકમ W છે, એટલે કે, J/s, ઊર્જા અને સમય એકમનો ગુણોત્તર છે, ઊર્જાનો આંતરરાષ્ટ્રીય માનક એકમ J છે. તેથી શક્તિ ઘનતા એ શક્તિ અને ઘનતાને સંયોજિત કરવાનો ખ્યાલ છે, પરંતુ અહીં વોલ્યુમને બદલે સ્થળનો ઇરેડિયેશન ક્ષેત્ર છે, આઉટપુટ સ્થળ ક્ષેત્ર દ્વારા ભાગ્યા શક્તિ શક્તિ ઘનતા છે, એટલે કે, શક્તિ ઘનતાનો એકમ W/m2 છે, અનેલેસર ક્ષેત્ર, કારણ કે લેસર ઇરેડિયેશન સ્પોટ એરિયા ઘણો નાનો છે, તેથી સામાન્ય રીતે W/cm2 નો ઉપયોગ એકમ તરીકે થાય છે. ઊર્જા ઘનતાને સમયના ખ્યાલમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે, ઊર્જા અને ઘનતાને જોડીને, અને એકમ J/cm2 છે. સામાન્ય રીતે, સતત લેસરોનું વર્ણન પાવર ઘનતાનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે, જ્યારેસ્પંદિત લેસરોપાવર ડેન્સિટી અને એનર્જી ડેન્સિટી બંનેનો ઉપયોગ કરીને વર્ણવવામાં આવે છે.

જ્યારે લેસર કાર્ય કરે છે, ત્યારે પાવર ઘનતા સામાન્ય રીતે નક્કી કરે છે કે નાશ કરવા, અથવા ઘટાડા માટે અથવા અન્ય કાર્યકારી સામગ્રી માટે થ્રેશોલ્ડ પહોંચી ગયું છે કે નહીં. થ્રેશોલ્ડ એ એક ખ્યાલ છે જે ઘણીવાર લેસરોની દ્રવ્ય સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કરતી વખતે દેખાય છે. ટૂંકા પલ્સ (જેને us સ્ટેજ તરીકે ગણી શકાય), અલ્ટ્રા-શોર્ટ પલ્સ (જેને ns સ્ટેજ તરીકે ગણી શકાય), અને અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ (ps અને fs સ્ટેજ) લેસર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સામગ્રીના અભ્યાસ માટે, શરૂઆતના સંશોધકો સામાન્ય રીતે ઊર્જા ઘનતાની વિભાવના અપનાવે છે. આ ખ્યાલ, ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના સ્તરે, પ્રતિ એકમ ક્ષેત્ર પર લક્ષ્ય પર કાર્ય કરતી ઊર્જાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, સમાન સ્તરના લેસરના કિસ્સામાં, આ ચર્ચા વધુ મહત્વપૂર્ણ છે.

સિંગલ પલ્સ ઇન્જેક્શનની ઉર્જા ઘનતા માટે પણ એક થ્રેશોલ્ડ છે. આ લેસર-મેટર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના અભ્યાસને વધુ જટિલ બનાવે છે. જો કે, આજના પ્રાયોગિક સાધનો સતત બદલાતા રહે છે, વિવિધ પલ્સ પહોળાઈ, સિંગલ પલ્સ ઊર્જા, પુનરાવર્તન આવર્તન અને અન્ય પરિમાણો સતત બદલાતા રહે છે, અને પલ્સ ઊર્જા વધઘટમાં લેસરના વાસ્તવિક આઉટપુટને પણ ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે, જે માપવા માટે ઉર્જા ઘનતાના કિસ્સામાં ખૂબ રફ હોઈ શકે છે. સામાન્ય રીતે, એવું માનવામાં આવે છે કે પલ્સ પહોળાઈ દ્વારા વિભાજિત ઉર્જા ઘનતા એ સમય સરેરાશ શક્તિ ઘનતા છે (નોંધ કરો કે તે સમય છે, જગ્યા નથી). જો કે, તે સ્પષ્ટ છે કે વાસ્તવિક લેસર તરંગ સ્વરૂપ લંબચોરસ, ચોરસ તરંગ, અથવા તો ઘંટડી અથવા ગૌસીયન પણ ન હોઈ શકે, અને કેટલાક લેસરના ગુણધર્મો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, જે વધુ આકારનું છે.

પલ્સ પહોળાઈ સામાન્ય રીતે ઓસિલોસ્કોપ (પૂર્ણ પીક હાફ-પહોળાઈ FWHM) દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવતી અડધી ઊંચાઈ પહોળાઈ દ્વારા આપવામાં આવે છે, જેના કારણે આપણે ઉર્જા ઘનતામાંથી પાવર ઘનતાનું મૂલ્ય ગણતરી કરીએ છીએ, જે ઊંચી છે. વધુ યોગ્ય અડધી ઊંચાઈ અને પહોળાઈની ગણતરી ઇન્ટિગ્રલ, અડધી ઊંચાઈ અને પહોળાઈ દ્વારા થવી જોઈએ. જાણવા માટે કોઈ સંબંધિત સૂક્ષ્મતા ધોરણ છે કે કેમ તે અંગે કોઈ વિગતવાર તપાસ કરવામાં આવી નથી. પાવર ઘનતા માટે, ગણતરી કરતી વખતે, સામાન્ય રીતે ગણતરી કરવા માટે એક પલ્સ ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવો શક્ય છે, એક પલ્સ ઊર્જા/પલ્સ પહોળાઈ/સ્પોટ ક્ષેત્ર, જે અવકાશી સરેરાશ શક્તિ છે, અને પછી અવકાશી ટોચ શક્તિ માટે 2 વડે ગુણાકાર કરવો (અવકાશી વિતરણ એ ગૌસ વિતરણ છે, ટોપ-હેટને આવું કરવાની જરૂર નથી), અને પછી રેડિયલ વિતરણ અભિવ્યક્તિ દ્વારા ગુણાકાર કરવો, અને તમે પૂર્ણ કરી લીધું.