Densité de puissance et densité d'énergie du laser

Densité de puissance et densité d'énergie du laser

La densité est une grandeur physique que nous connaissons bien au quotidien. La densité que nous touchons le plus souvent est la densité du matériau. Sa formule est ρ=m/v, c'est-à-dire que la densité est égale à la masse divisée par le volume. Cependant, la densité de puissance et la densité d'énergie du laser sont différentes, divisées ici par la surface plutôt que par le volume. La puissance est également notre contact avec de nombreuses grandeurs physiques. En effet, nous utilisons l'électricité au quotidien. L'électricité implique de la puissance. L'unité internationale standard de puissance est le W, c'est-à-dire le J/s, qui est le rapport entre l'énergie et le temps. L'unité internationale standard de l'énergie est le J. La densité de puissance est donc le concept de la combinaison de la puissance et de la densité. Cependant, il s'agit ici de la surface d'irradiation du spot plutôt que du volume. La puissance divisée par la surface du spot de sortie constitue la densité de puissance. Son unité est le W/m².champ laser, car la zone d'irradiation laser est relativement petite ; l'unité utilisée est généralement le W/cm². La densité énergétique est séparée de la notion de temps, combinant énergie et densité, et l'unité est le J/cm². Les lasers continus sont généralement décrits en termes de densité de puissance, tandis quelasers pulséssont décrits à l'aide de la densité de puissance et de la densité d'énergie.

Lors de l'action du laser, la densité de puissance détermine généralement si le seuil de destruction, d'ablation ou d'autres matériaux actifs est atteint. Le seuil est un concept fréquemment utilisé lors de l'étude de l'interaction des lasers avec la matière. Pour l'étude des matériaux en interaction laser à impulsions courtes (que l'on peut considérer comme l'étape US), ultra-courtes (que l'on peut considérer comme l'étape NS) et même ultra-rapides (étapes PS et FS), les premiers chercheurs adoptent généralement le concept de densité d'énergie. Ce concept, au niveau d'interaction, représente l'énergie agissant sur la cible par unité de surface ; dans le cas d'un laser de même niveau, cette discussion revêt une importance accrue.

Il existe également un seuil pour la densité d'énergie d'une injection d'impulsion unique, ce qui complexifie l'étude de l'interaction laser-matière. Cependant, l'équipement expérimental actuel est en constante évolution : la largeur d'impulsion, l'énergie d'impulsion unique, la fréquence de répétition et d'autres paramètres sont en constante évolution. Il peut même être trop approximatif de prendre en compte la puissance réelle du laser lors d'une impulsion, compte tenu des fluctuations d'énergie. En général, on peut considérer que la densité d'énergie divisée par la largeur d'impulsion est la densité de puissance moyenne temporelle (il s'agit de temps et non d'espace). Cependant, il est évident que la forme d'onde réelle du laser peut ne pas être rectangulaire, carrée, ni même en cloche ou gaussienne, et que certaines sont déterminées par les propriétés du laser lui-même, qui est plus en forme.

La largeur d'impulsion est généralement donnée par la largeur à mi-hauteur fournie par l'oscilloscope (pleine largeur crête FWHM), ce qui nous amène à calculer la valeur de la densité de puissance à partir de la densité d'énergie, qui est élevée. Les demi-hauteur et largeur les plus appropriées devraient être calculées par l'intégrale de ces valeurs. Aucune étude approfondie n'a été menée pour déterminer s'il existe une norme de nuance pertinente. Pour la densité de puissance elle-même, lors des calculs, il est généralement possible d'utiliser une seule énergie d'impulsion pour calculer le rapport énergie/largeur d'impulsion/surface du spot, qui correspond à la puissance moyenne spatiale, puis de multiplier par 2 la puissance de crête spatiale (la distribution spatiale est une distribution de Gauss, ce qui n'est pas nécessaire avec le chapeau haut-de-forme), puis de multiplier par une expression de distribution radiale. Et le tour est joué.