ما المقصود بسطوع الليزر؟
سطوع الليزر — والمعروف بدقة أكبر باسم الإشعاعية (Radiance) — يصف مقدار القدرة الضوئية التي يبثها الليزر لكل وحدة مساحة باعثة ولكل وحدة زاوية مجسمة. وهو من أهم مقاييس جودة مصدر الليزر، لأنه على عكس القدرة المجردة، يعكس مدى إمكانية تركيز الطاقة وتجميعها في شعاع متوازٍ ومحكم. فقد يمتلك ليزران القدرة نفسها تمامًا، ومع ذلك يختلفان بشكل كبير في السطوع إذا كان أحدهما يملك شعاعًا أكبر أو تباعدًا أوسع.
المعادلة
يُعرَّف السطوع على النحو التالي:
$$B = \frac{P}{A \cdot \Omega}$$ حيث $$\Omega = \pi \cdot \theta^{2}$$
وفيها \(P\) هي قدرة الليزر بالواط، و\(A\) هي مساحة المقطع العرضي للشعاع بالمتر المربع، و\(\theta\) هي نصف زاوية تباعد الشعاع بالراديان، و\(\Omega\) هي الزاوية المجسمة للشعاع بالستراديان. وبدمج المعادلتين نحصل على $$B = \frac{P}{A \cdot \pi \cdot \theta^{2}}$$ وتُقاس بوحدة \(\text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{sr}^{-1}\).
كيفية استخدام هذه الحاسبة
أدخل قدرة الليزر، ومساحة الشعاع عند الفتحة، ونصف زاوية تباعد الشعاع بالراديان. تحسب الأداة الزاوية المجسمة Ω، ثم تقسم القدرة على حاصل ضرب المساحة في الزاوية المجسمة لتعطيك قيمة السطوع. زيادة القدرة ترفع السطوع، بينما اتساع البقعة الضوئية أو زيادة التباعد يخفضانه.
مثال محلول
لنفترض أن ليزرًا يبث قدرة \(P = 1\) واط عبر شعاع مساحته \(A = 0.0001\) متر مربع بنصف زاوية تباعد \(\theta = 0.001\) راديان. تكون الزاوية المجسمة $$\Omega = \pi \times 0.001^{2} \approx 3.1416 \times 10^{-6} \text{ ستراديان}$$ ومن ثَمّ فإن $$B = \frac{1}{0.0001 \times 3.1416 \times 10^{-6}} \approx 3.183 \times 10^{9} \ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{sr}^{-1}$$
الأسئلة الشائعة
لماذا يؤثر التباعد بهذا القدر الكبير؟ يعتمد السطوع على \(\theta^{2}\)، لذا فإن تقليص التباعد إلى النصف يضاعف السطوع أربع مرات — ولهذا يُعدّ تجميع الشعاع وتوازيه أمرًا حاسمًا.
هل السطوع كمية محفوظة؟ في نظام بصري مثالي خالٍ من الخسائر، لا يمكن للعناصر البصرية السلبية أن تزيد الإشعاعية (السطوع)؛ إذ يمكنها فقط أن تحافظ عليها أو تقلّلها.
أي وحدات ينبغي أن أستخدم؟ استخدم النظام الدولي للوحدات في كل القياسات: الواط، والمتر المربع، والراديان، لتحصل على السطوع بوحدة \(\text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{sr}^{-1}\).
