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激光与材料相互作用过程是怎样的?

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激光与材料相互作用过程是怎样的?

发布日期:2016-07-15 17:34 来源:http://www.fhrjszp.com 点击:

  除自由电子激光器外,各种激光器的基本工作原理均相同,装置的必不可少的组成部分包括激励(或抽运)、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔( 见光学谐振腔)3部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位,从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的定向性和相干性。


  激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系,有时也称为激光增益媒质,它们可以是固体(晶体、玻璃)、气体(原子气体、离子气体、分子气体)、半导体和液体等媒质。盐城激光切割对激光工作物质的主要要求,是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转,并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去;为此,要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。


   激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同,可以采取不同的激励方式和激励装置,常见的有以下四种。


  ①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的,整个激励装置,通常是由气体放电光源(如氙灯、氪灯)和聚光器组成。

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   ②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的,整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。


    ③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的,通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。


   ④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。


光学共振腔 通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式组合而成。作用为:


     ①提供光学反馈能力,使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡。


     ②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制,以保证输出激光具有一定的定向性。共振腔作用

①,是由通常组成腔的两个反射镜的几何形状(反射面曲率半径)和相对组合方式所决定;而作用

②,则是由给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光,具有不同的选择性损耗特性所决定的。

是继机械加工、力加工、火焰加工和电加工之后一种崭新的加工技术。作为极具特色的光源,也称作“光刀”,它可以解决不同材料的加工、成型、制备等各种制造问题。作为神奇的“光刀”,它有许多特点:其空间特性的能量分布,盐城数控刨槽根据组合而成可“尖”可“钝”,具时间特性,可连续或调制输出,根据被加工材料的吸收系数,其波长覆盖到紫外。各种光的参数搭配,被加工材料范围可从金属、复合材料、材料、陶瓷、玻璃、皮革、布料到人造纤维等,以及其他新材料。

 

  目前,激光加工用激光多于红外波段。根据材料吸收激光能量而产生的温度升高,可以把激光与材料相互作用过程分为如下几个阶段:

 

  1、无热或基本阶段。

 

  从微观上来说,激光是搞简并度的,当它的密度很低时,绝大部分的入射光子被材料中电子弹性散射,这段主要物理过程为反射,透射和吸收。

 

  2、相变点以下加热。

 

  当入射激光强度提高时,入射光子与金属中电子产生非弹性散射,电子通过“逆韧致辐射效应”,从光子获取能量。处于受激态的电子与声子相互作用,把能量传给声子,激发强烈的震动,从而使材料较热。当温度低于相变点时,材料不发生结果变化。

 

  3、在相变点以上但熔点加热。

 

  这个阶段为材料固态相变,存在传热和质量传递物理过程。

 

  4、在熔点以上,但低于汽化点加热。

 

  激光使材料熔化,形成熔池。熔池外主要是传热,熔池内存在3种物理过程:传热、对流和传质。

 

  5、汽化点以上加热出现现象。

 

  激光使材料汽化,形成等离子体,这在激光深熔焊接中是经常见到的现象。

 

    

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