パルスレーザーのピーク出力の計算方法

今週のブログ投稿は、Gentec-EOの一員がレーザー ビーム測定に関する最高のヒントと知識を共有する「レーザー エキスパート」シリーズの第1回です。これは私たちの市場での独特な取り組みであり、レーザーについて一般的に学びながら、レーザーを適切に測定する上で多くの人々を確実に助けることでしょう。

最初のトピックとして、パルスレーザーのピーク出力とピーク出力密度を計算する方法について説明します。特に後者は、熱ベースの技術を使用したレーザービーム測定に関してかなり重要です。

パルスレーザーのピーク出力を計算する簡単な式

ピーク出力は、レーザーパルスが達成する最大光出力として正式に定義されています。より大まかに定義すると、レーザーパルスに含まれるエネルギー量を、その持続時間、つまりパルス幅と比較した指標です。

ピーク出力の高いレーザーとは、パルスあたりのエネルギーが高いかパルス幅が短いパルスを持つレーザーですが、一般的には両方の条件が組み合わされています。

フラットトップビームの場合、これは数学的に次のように表されます。

ガウシアンビームの場合、ビームの中央で生成される実際のピーク出力を表すために係数2を適用できることに注意してください。

次に、ピーク出力密度は、ピーク出力をレーザースポットがカバーする面積で割ったものとして定義されます。ピーク出力は平均出力とはかなり異なることに注意してください。平均出力は、レーザーが毎秒生成する光エネルギーの量として大まかに定義されています。CWレーザーに関しては、ピーク出力は重要ではありません。

ほとんどのレーザーのピーク出力とピーク出力密度の両方の値は、市場に高速レーザー光源が普及しているため、通常は計り知れません。超高速レーザーでさえ、今や普通のものです！したがって、これらのレーザーが到達できるピーク出力値の基準として、ギガワットレーザー、さらにはペタワットレーザーについて耳にすることは十分に可能です。

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：

• レーザーパワーメーター
• レーザーエネルギーメータ
• レーザービーム診断
• テラヘルツメータ

エネルギー密度閾値を前者に関連付ける簡単な計算のおかげで、ほとんどのレーザー出力検出器のピーク 出力密度閾値を提供します。具体的には、エネルギー密度をパルス幅で割ると、ピーク出力密度値が返されますが、エネルギー密度のしきい値は、パルス幅が短くなるにつれて減少します。

したがって、これは、レーザー出力メーターまたはレーザーエネルギーメーターの安全範囲内にあるエネルギー密度レベルのレーザーは、ピーク出力密度に関しても安全範囲内にあることを意味します。

当社のレーザーピークパワー計算機をお試しください

Gentec-EOのピーク出力とピーク出力密度の計算機は公開されており、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。

メーターに焦点を当てる

エネルギーは、空間的 (エネルギー密度) と時間的 (ピーク出力) の両方に集中することができることは既に説明しましたが、両方を同時に (ピーク出力密度) にすることもできます。したがって、人々が考慮すべきいくつかの注意事項とともに、検出器に対する高いピーク出力密度 (したがってエネルギー密度) の影響を説明することが賢明です。

予防策を講じなければ、そのような集中したエネルギーが吸収体を文字通り気化させてしまうことが想像できます。問題が発生した場合に考慮すべき2つの簡単なコツは次のとおりです。

1. ビーム径を拡大して、検出器の吸収体に当たるより大きなレーザースポットを取得します。
2. より弾力性のある吸収材を選択してください (当社独自の吸収材WまたはQEDなど)。

最後に、一部のレーザー パラメータは、特定の設定で偽りなく低く設定されている可能性がありますが、それでも危険性は依然として存在することに注意してください。

良い例は、パルスあたりのエネルギーが比較的弱い超高速レーザーです。パルス幅が10 fs、スポットサイズが1 cm²の100 μJレーザーを想像してみてください。ここでのエネルギー密度は非常に低く、実際には1 mJ/cm²未満です。これは、ベースラインのH吸収体の仕様の範囲内にあるようです。

ただし、ここでのピーク出力密度は 10 GW/cm²であり、非常に大きな値です。この例では、WまたはVR吸収体を使用したソリューション (またはエネルギーメーターを使用したQED減衰器の使用) の方がはるかに優れていました。この例では、エネルギー密度レベルが比較的弱いため、パルス幅 (したがってピーク出力密度) を考慮するまでは問題ないと私たちに思い込ませました。

そういうことです！これは、ピーク出力とピーク出力密度について専門家が言いたかったことです。

これで、パルスレーザーのピーク出力を計算する方法がわかりました。ここでは、数学的にも実験的にもピーク出力を処理して、安全で効率的な環境で作業する方法を学びました。

専門家に議論してもらいたい話題がありますか? 以下にコメントしてください。現在の投稿について質問がある場合は、お気軽にお寄せください。