表層材料對激光的吸收能力大小的參數(shù)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(chǔ)。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(zhì)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(jié)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(chǎn)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(jié)果表明:光波在各種金屬中的穿透深度為10mm左右,吸收系數(shù)約為10的5次方cm-1~10的6次方cm-1. CO2與YAG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(fā)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(dāng)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?qū)щ娮拥能S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倍 當(dāng)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(xiàn)突然增大的現(xiàn)象,其數(shù)值遠遠超過金屬吸收率的溫度依賴關(guān)系所決定的數(shù)值,這樣現(xiàn)象稱為金屬的反常吸收,它與材料的蒸發(fā)和光致等離子體的形成有關(guān)。 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。 |