2020-10-19
Лазер, имеющий коэффициент полезного действия $\eta = 80$%, излучает световые импульсы с длительностью $t_{0} = 0,1 мкс$ и частотой повторения $f = 1 кГц$. Для водяного охлаждения лазера использовали насос с производительностью $k = 3 л / мин$. Температура воды на входе лазера $t_{1} = 20^{ \circ} C$, а на его выходе - $t_{2} = 25^{ \circ} C$. Найдите мощность лазерного импульса.
Решение:
Потерянную энергию в лазере отводят с помощью водяного охлаждения
$Q = kt \rho c \Delta T$. (1)
КПД лазера будет определяться:
$\eta = \frac{P_{c}t }{P_{c}t + Q } = \frac{P_{c}t }{P_{c}t + kt \rho c(T_{2} - T_{1} ) }$,
отсюда $P_{c} = \frac{ \eta k \rho c (T_{2} - 1 ) }{1 - \eta }$ - средняя полезная мощность лазера. $N = f$ - количество импульсов за $t_{3} = 1 с$. $W_{1} = \frac{P_{c}t_{3} }{N} = \frac{P_{c}t_{3} }{f}$ - энергия одного импульса.
$P_{i} = \frac{W_{1} }{t_{0} } = \frac{ \eta k \rho c(T_{2} - T_{1} )t_{1} }{(1 - \eta)t_{0}f } = 4,2 \cdot 10^{7} Вт$.