表层材料对激光的吸收能力大小的参数是吸收率,是材料吸收的激光能量与激光器输出能量的比值。吸收率测量是材料对激光吸收研究的基础。对固定波长的激光的激光对材料的吸收与透射 光在材料表面的反射、透射和吸收本质上是光波的电磁场与材料中自由电子或束缚电子相互作用的结果。金属中存在大量的自由电子,这些自由电子在激光电磁波的作用下强迫振动而产生次波。这些次波形成强烈的反射波和较弱的透射波。对于波长为0.25чm的紫外波长到10.6чm的红外光的测量结果表明:光波在各种金属中的穿透深度为10mm左右,吸收系数约为10的5次方cm-1~10的6次方cm-1. CO2与YAG等红外激光照射到金属材料表面是,由于光子能量小,通常只对金属中的自由电子发生作用,也就是说能量吸收是通过金属中的自由电子这个中间体,然后电子通过碰撞将能量传递给晶格。当激光的波长较短(<0.5чm)时,由于激光光子能量较大,引起价带电子向导带电子的跃迁,从而使金属的反射能量降低,透射能量增强,金属对激光的吸收率增大。室温下,多少金属对10.6чm波长的CO2 激光的吸收率不足10%,而对1.06чm波长的YAG激光的吸收率约为CO2激光的3-4倍 当温度升高时,金属中电子的热运动加剧,因此随着温度升高金属的吸收率增大。 强激光作用下,金属对激光的吸收出现突然增大的现象,其数值远远超过金属吸收率的温度依赖关系所决定的数值,这样现象称为金属的反常吸收,它与材料的蒸发和光致等离子体的形成有关。 影响激光吸收的因素有两种: 一、材料厚度。在激光功率一定的情况下,材料的提交反射率随厚度的增加而增加;材料的透射率随材料的厚度增加而衰减。 二、激光功率。材料厚度一定的情况下,材料的体积反射率随激光功率的增加而增加,直到激光功率密度达到材料表面的烧蚀阈值,此时材料的透射率随激光功率增加而衰减;材料对激光能量的吸收率随激光功率的增加而减小。 |