Berechnung von Energie/ Leistung/ Intensität

Physikalische Grundlagen, Information und Fragen zu Lasern.

Moderator: ekkard

Berechnung von Energie/ Leistung/ Intensität

Beitragvon Chriss » Sa 14 Nov, 2015 5:19 pm

Hallo zusammen,

ich benötige Hilfe bei der Lösung einer Übungsaufgabe zur Lasertechnik. Leider fehlt mir hier bereits für die ersten Fragen der richtige Ansatz und ich habe daher keine Möglichkeit die folgenden Fragen zu beantworten. Kann mir hier vielleicht jemand weiterhelfen?

Und zwar geht es um folgendes:

Gegebene Größen:
Excimer-Laser leuchtet rechteckförmige Fläche 2x3 mm² gleimäßig aus. (Intensität ist an jedem Punkt der Fläche konstant).
Wellenlänge: 308 nm
Impulse mit Pulsfolgefrequenz von 10³ Hz
Impulse haben Form eines symmetrischen Sägezahns. Halbwertsbreite = 100 ns.
Mittlere Leistung der Laserstrahlung P strich = 10 W

Gesuchte Größen:
Wie groß ist die Energie eines Einzelimpulses, wie groß ist die Impulsspitzenleistung, mit welcher Spitzenintensität wird die Fläche bestrahlt?

Wie groß ist die maximale Feldstärkeamplitude der einfallenden Welle unmittelbar vor der Wechselwirkung mit einem bestrahlten Material?

Verlauf der komplexen elektrischen Feldstärke für die Impulsspitze.

Photonenflussdichte in der Spite eines Laserimpulses?

Mittlerer Photonenstrom?

"Modulationseffektivität" für den Impulsanstieg?

Grüße, Chriss
Chriss
 
Beiträge: 1
Registriert: Sa 14 Nov, 2015 5:06 pm

Re: Berechnung von Energie/ Leistung/ Intensität

Beitragvon Offenbarungsjoe » Mi 18 Nov, 2015 10:12 am

Aus den gegebenen Werten kannst du die Energie des Einzelpulses berechnen. Der benötigte Zusammenhang heißt:
Mittlere Leistung der Laserstrahlung = Pulsenergie * Pulswiederholrate
Die Energie eines Laserpulses ist gleichbedeutend mit der Fläche, die der Puls im Leistungs-Zeit-Diagramm einnimmt. Da du diese Energie nun weißt, die Pulsform kennst und aus der Halbwertsbreite die Pulsdauer berechnen kannst, hast du hier alles zur Hand, um die Pulsspitzenleistung auszurechnen.
Der Zusammenhang zwischen Intensität und den jetzt bekannten Größen lässt sich denke ich über Google herausfinden.
Probier es von hier aus mal selbst weiter, der Rest der Aufgabe sieht nach Domino aus, wenn du den Anfang gemacht hast, brauchst du eventuell nur noch Google nach den richtigen Formeln fragen.

Modulationseffektivität sagt mir nichts, wenn das genau so im Text steht, musst du eventuell bei der Quelle der Aufgabe nachhaken.

Hoffe das hilft erstmal weiter, falls noch Diskussionsbedarf besteht können wir die entsprechenden Stellen auch gerne genauer anschauen.
Gruß,

Pascal
Offenbarungsjoe
 
Beiträge: 19
Registriert: Di 16 Dez, 2014 9:09 am
Wohnort: Seligenstadt (Nähe Frankfurt)

Re: Berechnung von Energie/ Leistung/ Intensität

Beitragvon Matthias12 » Mo 04 Jul, 2016 9:54 pm

Guten Abend zusammen,

Zu den ersten Fragen. Wenn du weißt, dass die mittlere Leistung 10W beträgt und dass der Laser 3000 Pulse/Sekunde macht, dann ist die Einzelimpulsenergie einfach 10W/3000=3mW.
Wenn du weißt, dass die Leistung P=Arbeit/Zeit ist, dann ist die Spitzenleistung einfach die Einzelimpulsenergie, wie soeben berechnet, dividiert durch die Pulsdauer.
Wenn du weißt, dass die Intensität I=P/A ist, dann musst du lediglich den soeben berechneten Wert für die Spitzenleistung in die Formel einsetzen, die Fläche hast du ja bereits.
Wenn du weißt, dass die Intensität I=0,5*e0*n^2*c*E0^2 (e0=Dielektrizitätskonstante, n=Brechzahl, E0 elektrische Feldstärkeamplitude, c= Lichtgeschwindigkeit) ist, dann kannst du die soeben berechnete Intensität einfach dort einsetzen, musst lediglich nach E0 umstellen, alle anderen Werte sind Konstanten, für die Brechzahl wird die von Luft genommen mit ca. 1,00028 bzw. 1.

Bei der Photonenflussdichte nehme ich an, dass die Anzahl der Photonen pro Fläche gemeint sind. Wenn meine Annahme stimmt, musst du einfach die räumliche Fläche eines Einzelimpulses berechnen. Über die Lichtgeschwindigkeit und die Halbwertsbreite kannst du dir die räumliche Ausdehnung des Pulses leicht berechnen. Wenn du die Fläche hast, musst du noch wissen wie viele Photonen denn in einem Puls stecken. Da du weißt, dass die Wellenlänge 308nm beträgt, kannst du über E=h*f die Energie eines einzelnen Photons berechnen. Da du auch weißt, wie viel Energie in einem Puls steckt, kannst du nun einfach die berechnete Einzelimpulsenergie durch die Einzelphoton Energie teilen und das ganze dann noch durch die soeben bestimmte Fläche und du hast deine Photonenflussdichte.

Beim mittleren Photonenstrom analog, nur dass du eben die ganze Fläche von 2x3 mm² nimmst und die mittlere Leistung.

Was Modulationseffektivität sein soll, weiß ich leider auch nicht. Ich hoffe, dass ich dir trotzdem ein wenig helfen konnte.



Viele Grüsse,

Matthias
Matthias12
 
Beiträge: 5
Registriert: Mo 04 Jul, 2016 6:32 pm


Zurück zu Laserphysik

Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 1 Gast

x
Website Security Test