Độ Sáng Laser Là Gì?
Độ sáng laser — về mặt chính xác hơn được gọi là độ chói (radiance) — cho biết một laser cung cấp bao nhiêu công suất quang trên mỗi đơn vị diện tích phát xạ và trên mỗi đơn vị góc khối. Đây là một trong những thông số đặc trưng cơ bản nhất của nguồn laser, bởi vì khác với công suất thuần túy, độ sáng phản ánh mức độ năng lượng có thể được hội tụ và chuẩn trực chặt chẽ đến đâu. Hai laser có thể có cùng công suất nhưng độ sáng rất khác nhau nếu một trong số đó có chùm tia lớn hơn hoặc góc phân kỳ rộng hơn.
Công Thức
Độ sáng được định nghĩa là:
$$B = \frac{P}{A \cdot \Omega}, \quad \text{với} \quad \Omega = \pi \cdot \theta^{2}$$
trong đó P là công suất laser tính bằng watt, A là diện tích mặt cắt ngang của chùm tia tính bằng mét vuông, θ là nửa góc phân kỳ của chùm tia tính bằng radian, và Ω là góc khối của chùm tia tính bằng steradian. Kết hợp hai công thức ta được $$B = \frac{P}{A \cdot \pi \cdot \theta^{2}}$$ với đơn vị là \(\text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{sr}^{-1}\).
Cách Sử Dụng Máy Tính
Nhập công suất laser, diện tích chùm tia tại khẩu độ và nửa góc phân kỳ của chùm tia tính bằng radian. Máy tính sẽ tính góc khối Ω rồi chia công suất cho tích của diện tích và góc khối để cho ra độ sáng. Tăng công suất sẽ làm tăng độ sáng, trong khi vết sáng lớn hơn hoặc góc phân kỳ rộng hơn sẽ làm giảm độ sáng.
Ví Dụ Minh Họa
Giả sử một laser phát ra công suất \(P = 1\ \text{W}\) qua một chùm tia có diện tích \(A = 0{,}0001\ \text{m}^2\) với nửa góc phân kỳ \(\theta = 0{,}001\ \text{rad}\). Góc khối là $$\Omega = \pi \times 0{,}001^{2} \approx 3{,}1416 \times 10^{-6}\ \text{sr}.$$ Khi đó $$B = \frac{1}{0{,}0001 \times 3{,}1416 \times 10^{-6}} \approx 3{,}183 \times 10^{9}\ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{sr}^{-1}.$$
Câu Hỏi Thường Gặp
Vì sao độ phân kỳ lại quan trọng đến vậy? Độ sáng phụ thuộc vào \(\theta^{2}\), nên giảm độ phân kỳ đi một nửa sẽ làm độ sáng tăng gấp bốn lần — vì thế việc chuẩn trực là cực kỳ then chốt.
Độ sáng có được bảo toàn không? Trong một hệ quang học lý tưởng không tổn hao, độ chói (độ sáng) không thể được tăng lên bằng các thành phần quang học thụ động; nó chỉ có thể được giữ nguyên hoặc giảm đi.
Nên dùng đơn vị nào? Hãy sử dụng hệ SI xuyên suốt: watt, mét vuông và radian, để cho ra độ sáng với đơn vị \(\text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{sr}^{-1}\).
