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  • 材料對激光的吸收

    2018年12月21日

      表層材料對激光的吸收能力大小的參數是吸收率,是材料吸收的激光能量與激光器輸出能量的比值。吸收率測量是材料對激光吸收研究的基礎。對固定波長的激光的激光對材料的吸收與透射
      光在材料表面的反射、透射和吸收本質上是光波的電磁場與材料中自由電子或束縛電子相互作用的結果。金屬中存在大量的自由電子,這些自由電子在激光電磁波的作用下強迫振動而產生次波。這些次波形成強烈的反射波和較弱的透射波。對于波長為0.25чm的紫外波長到10.6чm的紅外光的測量結果表明:光波在各種金屬中的穿透深度為10mm左右,吸收系數約為105次方cm-1~106次方cm-1.
      CO2YAG等紅外激光照射到金屬材料表面是,由于光子能量小,通常只對金屬中的自由電子發生作用,也就是說能量吸收是通過金屬中的自由電子這個中間體,然后電子通過碰撞將能量傳遞給晶格。當激光的波長較短(<0.5чm)時,由于激光光子能量較大,引起價帶電子向導帶電子的躍遷,從而使金屬的反射能量降低,透射能量增強,金屬對激光的吸收率增大。室溫下,多少金屬對10.6чm波長的CO2 激光的吸收率不足10%,而對1.06чm波長的YAG激光的吸收率約為CO2激光的3-4
      當溫度升高時,金屬中電子的熱運動加劇,因此隨著溫度升高金屬的吸收率增大。
      強激光作用下,金屬對激光的吸收出現突然增大的現象,其數值遠遠超過金屬吸收率的溫度依賴關系所決定的數值,這樣現象稱為金屬的反常吸收,它與材料的蒸發和光致等離子體的形成有關。
      影響激光吸收的因素有兩種:
      一、材料厚度。在激光功率一定的情況下,材料的提交反射率隨厚度的增加而增加;材料的透射率隨材料的厚度增加而衰減。
      二、激光功率。材料厚度一定的情況下,材料的體積反射率隨激光功率的增加而增加,直到激光功率密度達到材料表面的燒蝕閾值,此時材料的透射率隨激光功率增加而衰減;材料對激光能量的吸收率隨激光功率的增加而減小。

    來源:方圓集團上海激光科技有限公司

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