毫秒激光打孔中小孔对入射激光的吸收(3)

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当激光作用在材料的表面时，会使金属表面的粗糙度发生变化。那是因为激光在氧化气氛下加热金属，将使其表面发生氧化，从而使激光作用区及附近出现与氧化层特性有关的金属氧化色，降低金属表面的粗糙度。当激光能量密度足够高时，可观察到激光作用区的金属表面上形成蒸汽羽或等离子体，它说明金属表面的原子被气化或升华，停止激光照射后，可在金属表面看到金属升华后的迹象。在能量太高的短脉冲激光作用下，金属表面会产生斑点，斑点的特性与金属的种类有关。例如高熔点金属钛的斑点的表面不平度高达3~4µm。当激光能量密度很高时，由于金属气化量很大，将可看到激光作用区出现火山口的形态，火山口周围一圈有较高的凸起。

金属为导电媒质，内部有很多未被束缚的电子，当激光照射在金属表面上，这些电子受到电磁波的强迫振动而产生次波，这些次波形成了强烈的反射波和较弱的透射波，透射波部分在很薄的金属表层被吸收。对于大多数金属而言，在可见光和红外波段范围内都有很高的反射率，可达 78％～98％，而在紫外波段吸收率较高。由于反射率和吸收率均随波长变化，因此在激光加工过程中，为了有效地利用激光能量，应当根据不同的材料选用不同波段的激光。表 3为室温下几种金属对特定波长激光的吸收率[15] 。

表3. 金属对特定波长激光的吸收率

激光器

波长氩离子

514.5nm 红宝石

694.3nm YAG

1.06µm CO2

10.6µm

铝 0.09 0.11 0.08 0.019

铜 0.56 0.17 0.10 0.015

金 0.58 0.07 — 0.017

铁 0.68 0.64 0.35 0.035

金属对激光的吸收与波长，材料特性，温度，表面情况和激光的偏振特性等诸多因素均有关。

3.2吸收率

光传播到两种不同媒质界面上，由于光波的电磁场与物质相互作用，将发生反射，折射和吸收。没有光波入射，媒质处于电中性，当光波的电磁场入射到媒质上时，就会引起光波场和媒质中带电粒子的相互作用，反射光和折射光的产生都是由于两媒质交界面内一层的原子和分子对入射光的相干散射，光波场使界面原子成为振荡的偶极子，辐射的次波在第一媒质中形成反射波，在第二媒质中形成了折射波。光吸收式媒质的普遍性质，除了对某些波长范围内的光透明，而对另一些波长范围的光不透明，即存在强烈的吸收。

各种媒质的吸收率差别很大，对于可见光，金属的吸收率α≈106mm-1，玻璃的吸收率α≈10-2mm-1，而一个大气压下空气的吸收率α≈10-5mm-1，这表明非常薄的金属片就能吸收通过它的全部光能。一种材料若是透明的，它的穿透深度必须大于它的厚度。金属的穿透深度小于波长数量级，因此绝大多数金属是不透明的。材料对激光的吸收率主要与激光作用波长、材料温度、入射光偏振、激光入射角和材料表面状况有关。文献综述