レーザーフルエンス計算のクイックガイド
2023-04-01
レーザーフルエンスとは？これは、単位面積あたりに供給されるエネルギーの尺度です。
レーザーのエネルギーがどれだけ集中しているかがわかります。これは、損傷しきい値の破綻を回避し、良好なプロセス品質を確保するのに役立ちます。
レーザーフルエンスの一般的に使用される単位は、1平方センチメートルあたりのジュール (J/cm2) です。
フルエンスの計算方法は？
フルエンスの計算は非常に簡単です。基本的に単純な分割です。
レーザービーム内でエネルギーがどのように分布するか (つまり、ビームのプロファイル) は、ピークフルエンスに大きな影響を与えます。したがって、分割は、レーザーがフラットトッププロファイル、ガウシアンプロファイル、またはより不規則なものであるかどうかに応じて、わずかに異なるスケーリング係数を持ちます。
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Gentec-EOのエネルギー密度とフルエンスの計算ツールは公開されており、無料で使用できます。ページをブックマークして、時間を節約できるときはいつでも使用してください。
ビーム径を測定中...見た目よりも難しいものです！
大衆文化では、レーザーは輪郭がはっきりした小さな赤い点です。すべての力は赤い点の内側にあり、外側には何もありません。このようなレーザーの直径の測定は、紙の上の円の直径を測定するのと同じくらい簡単です。
ただし、実際にこのように動作するのはフラットトップ レーザーだけであり、フラットトップ レーザーは市場に出回っているレーザーの中で少数派です。
ほとんどのレーザーは、ビームの端で突然「オフ」になりません。中央は非常に明るく、端では徐々に暗くなります。
レーザー光は徐々に減衰するため、「ビームの内側」と「ビームの外側」の境界が少し曖昧になることがあります。これにより、ビーム径の 3 つの異なる定義 (FWHM、1/e2、および D4σ) が生じましたが、そのほとんどは、ビームがガウシアンである場合にのみ意味を持ちます。
レーザー ビームがガウス分布 (またはベル カーブ) にどれだけ似ているかは、M2 係数によって定量化されます。ビーム プロファイラーは、ホットスポットや欠陥があるかどうかなど、レーザービーム内で光強度がどのように変化するかを正確に視覚化するのに役立ちます。
Gentec-EOの高精度レーザー ビーム測定機器は、工場から病院、研究所、研究センターまで、あらゆる種類のレーザー アプリケーションでエンジニア、科学者、技術者を支援します。これらの測定タイプのソリューションについて学びたい場合：
フラットトップレーザー
最も単純なケースから始めましょう: フラットトップ レーザーでは、エネルギーがビーム全体に完全に均等に分散されます。
フルエンスの計算は簡単です。エネルギーをビーム面積で割るだけです。
たとえば、直径4 mmで10 mJのフラットトップレーザーパルスのフルエンスを計算してみましょう。 このようなビームの表面はπ * ( 4 mm / 2 )2です。
10 mJ のパルス エネルギーを表面 (4 π mm2) で割ると、フルエンスは10 mJ / 4 π mm2 = 0.796 mJ / mm2、つまり7.96*10-2 J/cm2であることがわかります。
ガウシアンレーザービーム
ガウシアンビームのエネルギーは不均一に分布しています。周辺部よりもビームの中心部の方がはるかに多くの出力があります。
通常、ダメージのしきい値を超えないように注意する必要があるのはピークフルエンスであるため、ピークフルエンスが必要になります。
フルエンスを取得する複雑な方法は、対象領域全体のエネルギー分布を統合することです。
簡単な方法は、単純な除算です。ただし、今回は倍率が2であるため、エネルギーがビームの中心により集中していることに注意してください。
ピークフルエンス = E / (π w2 / 2 )、ここで、wはガウシアンビーム半径の 1/e2定義です。
以前と同じレーザー (10 mJパルス、直径4 mm) のピークフルエンスを計算してみましょう。ただし、今回はプロファイルがフラットトップではなくガウシアンであることを考慮してください。
ピークフルエンス = 10 mJ / (π ( 4 mm / 2 )2 / 2) --> 10 mJ/ 2 π mm2 = 1.59 mJ/mm2、これは 0.159 J/cm2に相当します。
ガウシアンビームのピークフルエンスは、同じ基本パラメータを持つレーザーのフルエンスの2倍ですが、フラットトッププロファイルであることに注意してください。
すべてのビームプロファイルで簡単にフルエンスを計算
レーザーメーカーの仕様を使用して、大まかな数値を得ることができます。ただし、生産のセットアップでは、正確なNIST トレーサブルエネルギー検出器と実際のビームサイズを使用して、一貫した品質と最大の歩留まりを実現してください。
