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激光与材料是如何相互作用的

关键词:激光喷码机来源:春翔激光喷码机发布时间:2016-01-06
    功率强度和脉宽是影响激光束如何与材料相互作用的关键因素。在长时间范围内,材料吸收一部分光能,将其转换成热量,热量会通过材料传导。如果光束足够强,便能熔化材料,熔化的材料会将热量传递到周围区域。对于短至纳秒级时间尺度的脉冲加工而言,吸收、熔化和热传导占主导地位。
  当脉冲能量以短于约100ps的时间尺度传输时,根据材料的不同情况会发生显著变化。随着脉冲峰值功率的增加,峰值强度急剧上升。例如,持续1ps的微焦级脉冲的峰值功率为1MW,当它聚焦为5μm的光斑时,可产生约4×1012W/cm2的峰值强度,这足以剥离外层电子。激光与材料相互作用的时间是如此之短,以至于离子在能够将能量传导到底层材料之前,就已经从材料表面被烧蚀掉了。与光强较低的情况相比,在这种烧蚀模式下,能量传导受材料吸收的影响较小,但是也会受到材料种类和激光波长的影响。例如,紫外脉冲比近红外脉冲更适合切割玻璃之类的透明材料,而近红外脉冲在玻璃中的传输性能更好。
  这种加工通常也被称为“冷烧蚀”。虽然材料表面在片刻间就变得非常热,但是离子在其加热或损伤底层材料之前就已经被烧蚀掉了。因此皮秒或飞秒激光脉冲能够从精细或易碎材料中无损去除非常薄的表层。波兰研究人员已经使用强度仅在烧蚀阈值之上的70ps脉冲去除油画表面的透明清漆,并利用光学相干断层扫描技术监控整个去除过程。
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