当前位置：文档之家 › 激光与物质相互作用ppt课件

激光与物质相互作用ppt课件

  • 格式：ppt
  • 大小：1.23 MB
  • 文档页数：25

下载文档原格式

  / 25

合集下载

激光原理及应用课件—陈鹤鸣第12章 激光与物质的相互作用

激光原理及应用课件—陈鹤鸣第12章 激光与物质的相互作用

增加。
激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦
20
12.4.3 液体、固体的光化学反应
一般而言，液体中的反应效率比气体中的要小（这里 额效率是指量子吸收量，用单个光子的反应比例表 示）。这是因为能量迁移造成了驰豫，产生了再复合 的逆反应。
光子的能量一部分用于光解离，一部分转变为热能。 一旦产生解离，周围的溶质争相返回形成再复合，称 为“回笼效应”，这也是溶液等物质的量子吸收量变 小的另一个原因
热反应是正向反应； 激光引起的光化学反应通过有效地进行分子（原子）选 择、反应场或空间的选择以及微粒子操作等方式，即使 在不升高温度的情况下也可以发生
激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦
15
12.4.1 激光切断分子
切断分子的第一步是使分子吸收光，称之为激励光子。 切断分子的首要条件使分子具备的能量要大于解离能， 因此激光切断分子的过程也称为光解离反应。
激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦
16
1. 直接解离
由于处于分子结合间的电子偏离位置不同，从而 形成结合和反结合轨道的电子状态。在结合轨道存 在极小的能量值。相反，反结合轨道对于分离态来 说是比较稳定的轨道。在激光作用下，分子一旦被 激励到反结合轨道，分子结合键便会瞬间断裂，这 就是直接解离。
在解离过程中，光激励时间非常短，只有飞秒级， 因此，电子在接收能量的过程中，相对较重的原子 核处于近似静止的状态。切断结合键的激光光子能 量必须大于分离能。
使材料处于松散状态，致使材料蒸发。 光化学效应蒸发的必要条件：光子的能量 > 分子的结合能。
激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦
14
12.4 激光诱导化学过程
半导体芯片是经过了许多的薄膜加工过程制作而成的。在 热分解、等离子体、离子束等能源作用下，分子首先被分 解，然后再重新组合制成薄膜，这一过程分别称为热过程、 等离子体过程等。如果使用激光，薄膜可以做得更微细、 杂质含量更少。而这一过程是从化学反应开始的，称为激 光诱导化学过程。

周炳坤激光原理与技术课件光与物质相互作用

周炳坤激光原理与技术课件光与物质相互作用

η
=1+
χ ′ (ω )
2
=1+
ne2
mε 0ω0γ
⋅
1
(ω0 − ω)γ −1
+
4(ω
− ω0 γ2
)2
β
=
χ′′(ω )
2
=
−
ne2
2mε 0ω0γ
⋅ 1+
1
4(ω − ω0 )2 γ2
折射率虚部与吸收相关，β 也称为消光系数
（4.2.24）
（4.2.25） （4.2.26） （4.2.32） （4.2.27）
电子的运动方程为：
mx + kx = 0
（4.2.1）
x + ω02 x = 0
式中： ω 0 =
k m
固有振动频率
（4.2.3）
其解为：
x ( t ) = x 0 e iω 0 t ——电子作简谐振动
（4.2.2）
电偶极子振荡时发出的电磁辐射场 E ∝ ex 即： E (t ) = E 0ei(ω0t +ϕ )
Δν = ΔE2 − ΔE1
h
这种加宽是由于量子力学效应产生的，称为自然加宽。相应为自然宽度、
自然轮廓
• 经典理论
辐射原子——电子阻尼振子
E (t) =
x e e −γ t 2
i 2πν0 ⋅t
0
t≥0
其中
−γ
x0e 2
t
0
为振幅，对
x(t)
t<0
作傅立叶变换：
（4.2.10）
∫ x (t ) = +∞ x (ν )e i 2πν t dν −∞
τs
=

光与物质相互作用 ppt课件

光与物质相互作用 ppt课件

激光原理及其应用 举例
产生激光的基本条件
根据玻尔兹曼分布律,热平衡时具有能量Ei的
E2
原子数
Ni AeEi /kT
E!
在能级E1和E2的原子数之比
N E2 E1
e 2
kT
N1
在能级E1-E2的=1eV,T=300K,
则原子数之比约为10-40.
激光原理及其应用 举例
E2 ● ● ●
h
N2
• 发光的两个主要特征 发出的总辐射中超出热辐射的部分； 当激发源停止对物体的作用后，发光现象还会持续一定的时间。
发光的物理研
究
2.发光的分类
•按被激发的方式分类 –光致发光photoluminescence –电致发光electroluminescence –阴极射线发光cathode luminescence –X射线发光及高能粒子发光 –化学发光 –生物发光
若向红外区域延伸，在吸 收带(图中R点)附近，明显 偏离正常色散曲线
过了吸收带重新进入透明波段 时，曲线又逐渐恢复为正常色 散曲线
石英的色散曲线
总结 物质的色散曲线都是由正常色散区域和在一定的波长区域 内，都会有选择吸收，在这些区域中总是表现出反 常色散。
光源
单色仪
样品室
计算机输 出装置
放大仪
紫外－可见光分光光度计原理图
检测仪
光的吸收
若用原子化装置代替样品室，就可得到某元素的原子吸收光谱。所
谓原子化就是使待测样品中的原子达到雾化状态，并保证雾化原子处于 基态。这样一旦有外来光照，原子便可吸收外来光，产生吸收光谱。
每种元素都有其特征吸收波长和吸收光谱 原子吸收光谱广泛应用于定量分析中
光的反射、散射、温度、时间、压力等都会对比尔定律产生 影响 。

激光与物质相互作用第二讲基础

激光与物质相互作用第二讲基础
大学本科课程
设计：李波
激光与物质相互作用
第一章 激光与物质相互作用基础
秦应雄 博士 副教授ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
朱海红 博士 教授
电话：027－87541774（办公室） 电话：027－87544774（办公室）
18971281421 Email：qyx@
13016467839
Email：zhuhh@
产生
a)
c) b)
设计：李波
a) 激光激活介质
(气体, 固体 或 半导体)
b) 激励源
(泵浦灯, 半导体 或 放电激励)
c)
c) 光学谐振腔
(全反和部分反射镜)
特性 优势
电灯泡
发散的 多色的 不相干的
➢ 高功率密度 ➢ 非接触 ➢ 无磨损 ➢ 高精度
编辑课件
激光束
平行的 单色的 相干的
4
：远场发散角
编辑课件
15
C、光束传输因子K与衍射倍率因子 M2
设计：李波
光束参数乘积（BPP）
光束传输过程中，M2因子是一个不变量
编辑课件
16
D、横向模式
设计：李波
矩形厄米高斯光束编辑课件
17
设计：李波
圆形拉盖尔高斯光束
编辑课件
18
平凹腔的数值计算
设计：李波
计算的光束质量参数
编辑课件
19
E、光束的聚焦
单色性最好的氪灯Kr86 Δ=4.7×10-3 nm
稳频He—Ne激光器
109nm
由于激光的单色性好，为精 密度仪器测量和激励某些化 学反应等科学实验提供了极 为有利的手段。
对加工的意义：
与相干性好对应，另外，

激光与物质相互作用课件

激光与物质相互作用课件
激光操控
利用激光的能量和方向性，实现对微观粒子的精 确操控，如光镊技术等。

激光与物质相互作
03
用的实验技术
激光光谱技术
原子光谱技术
利用激光激发物质中的原子，测量原子能级的跃迁，从而分析物 质成分和结构。
分子光谱技术
通过测量分子振动和转动能级的跃迁，分析物质的分子结构和化学 键信息。
非线性光谱技术
激光与物质相互作
02
用的应用
激光在材料加工中的应用
激光切割
利用高能激光束对材料进行精确 切割，具有高精度、高效率的特
点。
激光焊接
通过激光束将材料熔化并连接在 一起，常用于金属材料的焊接。
激光打标
利用激光束在材料表面刻写文字 、图案等标识，具有高清晰度、
耐久性好。
激光在医学领域的应用
激光治疗
利用激光的生物效应，如光热作用、 光化学作用等，对病变组织进行治疗 。
折射
当激光进入不同介质时， 会发生折射现象，改变光 的传播方向。
激光与物质相互作用的物理过程
光致电离
激光能量足够高时，能够 使物质中的电子从原子或 分子中完全剥离出来，形 成离子。
热效应
激光能量被物质吸收后， 会导致物质局部温度升高 ，产生热效应。
光化学反应
激光能量可以激发物质分 子到激发态，进而发生光 化学反应。
致。
单色性
激光的波长范围非常窄，具有很高 的单色性，有利于精确控制和操作 。
高强度
激光的功率密度非常高，可以在短 时间内对物质产生强烈的相互作用 。
物质对激光的响应
01
02
03
吸收
物质对激光的能量进行吸 收，将光能转化为热能或 其他形式的能量。

光与物质相互作用ppt

光与物质相互作用ppt

06
光与物质相互作用的未来发展
探索新材料
研究新的光与物质相互作用需要不断探索新的材料，发现具有新奇物理性质的材料，如拓扑材料、自旋电子材料等。
发现新物理效应
除了探索新的材料，还需要关注新的物理效应。例如，研究光与物质的相互作用可能会产生一些新的量子效应，如量子隧穿、量子相干性等。
新材料和新物理效应的探索
03
荧光现象的研究和应用涉及化学、生物学、医学和环境科学等领域。例如，荧光染料被用于生物显微镜和免疫分析中，以增强检测的灵敏度和特异性。
03
光与物质相互作用的实验技术
激光光谱学
激光光谱学是一种研究物质与光相互作用的技术，通过测量光谱线的频率、宽度和强度等参数，可以获得物质的结构、组成和状态等信息。
当光在物质中传播时，会与物质的分子或原子相互作用，使它们获得能量并改变其振动或旋转状态，从而产生散射。
拉曼散射可以提供关于物质结构、分子振动和旋转状态等重要信息。
01
当光照射某些物质时，它们会吸收光能并释放出较小的能量，产生荧光现象。
荧光现象
02
荧光现象是由于物质的分子或原子吸收光能后，电子从基态跃迁到激发态，当它们返回基态时释放出光子。
总结词
同步辐射光源具有高亮度、宽波段、高相干性和高偏振度等优点，可以用于研究物质的原子结构、分子结构、化学反应和物理过程等。通过对同步辐射光源的测量和分析，可以获得物质的结构、组成和状态等信息。
详细描述
同步辐射光源
04
光与物质相互作用的应用
激光冷却
激光可以用来冷却原子，使得原子速度降低到非常低的温度，甚至达到纳开尔文级别。这种技术可用于研究量子力学和统计物理中的特异现象。
突破经典物理限制

激光与物质的相互作用

激光与物质的相互作用

pt
ext
p0
e
2
t
e0t
发出的电磁波为：
E
E0
e
2
t
ei0t
（3）受激吸收和色散的经典理论
物质原子在电磁场作用下产生感应电极化强度，改 变物质的介电常数，导致物质对电磁波的吸收和色散。
单电子原子物质在电场E(z,t)中，作用于单电子原子 的力 。
eE(z,t) eE(z)eit
将解 x x0eit 代入
G
I
1
z
dI z
dz
2
c
c
"
H
ne2
m 0c
1
1
4 0
2
2
ne2
4m 0
c
2
0
2
2
H
2
H
g
ne2
4m 0c
2
0
2
H
2
2
将-n换成n有
H
g
ne2
4m 0c
2
0
2
H
2
2
同样有：
1
ne2
16 2m
0
0
0
0
2 H
2
2
H
g
ne2
4m 0c
0
2
2
H
2
p p(v)dv
（i）线型函数
g(v, v0 )
p(v) p
（ii）满足归一化条件：
g(v, v0 )dv
p(v) p
dv
p Dp
1
（iii）谱线的线宽：g (0
v 2
, v0 )
g(v0, v0 ) 2

激光与物质相互作用(课堂PPT)

激光与物质相互作用(课堂PPT)

后的时间。
4
tn
l 2Tn 2
4at
2aA2
Ps
2 0
激 光 等 离 子
tn是激光照射材料表面到材料熔化所需的时间 对于大多数金属而言， Ll 0.5 clTn
体 近似成立，所以溶化波前的深度为
z(t)
0.16a A Ps 0
Ll
(t
tn )
5
激 光 等 离 子 体
6
• 在所作用的激光脉宽一定时，应调整作用激光的 功率密度，以便在激光脉冲结束时材料表面恰好
• 第3节 靶材气化时的Knudsen(克努森)层
从靶表面跑出来的蒸汽粒子具有表面温度下的麦克
激 光 等
斯韦速率分布.而且这些气化粒子的速度方向均是离 开靶表面方向。
离 子 这种各向异性的速率分布是通过蒸气粒子相耳碰撞
体 形成的，通常认为这种碰撞是在靶表面前方几个平
均自由程内进行，这一区域称为Knudsen层。
30
作用激光功率密度愈高所需气化时间愈短；
一般气化时间比熔融时间高出一个数量级，原
激 因在于沸点比熔点高得多。而且气化潜热比熔融 光 潜热要大一个数量级。 等
离 子
激光加热靶材且至气化过程中，有两个非常重要的物理
体 量：激光与靶材的热耦合系数，激光能量中被转化为靶
的热能的部分。
质量迁移率：m/E，材料气化而损失的质量与激光能量
16
激 光 等 离 子 体
17
激 光 等 离 子 体
在下面处理过程中，假设所有后向散射蒸气粒 子凝固到靶表面上，并将蒸气近似为理想气体 来处理，那么1mol理想气体内能为
18
激 光
代入分布函数式并积分，得到Knudsen层的质量、动 量、能量守恒方程

《激光原理》PPT课件

《激光原理》PPT课件

对未来学习建议
深入学习激光原理相关知识
包括激光器设计、激光光束质量控 制、非线性光学等，为从事激光相 关领域工作打下坚实基础。
关注前沿动态
及时了解激光领域的最新研究进展 和前沿动态，把握发展趋势。
拓展跨学科知识
学习光学、电子学、材料学等相关 学科知识，拓宽视野，为深入研究 激光技术提供多维度支持。
实践与应用
通过实验操作、项目实践等方式， 将所学知识应用于实际问题的解决 中，提升实践能力和创新能力。
THANKS
感谢观看
液体染料激光器技术特点
具有宽调谐范围、高转换效率、短脉冲输出等优点。同时 ，液体染料激光器也存在染料稳定性差、需要定期更换等 缺点。
液体染料激光器应用领域
广泛应用于光谱学、生物医学、光化学等领域。例如，可 用于荧光光谱分析、激光医疗、光动力疗法等。
半导体材料发光机制及器件结构
半导体材料发光机制
半导体材料中的电子在导带和价带之间跃迁时，会释放出能量并以光子的形式发出。通过 控制半导体材料的能带结构和载流子浓度，可以实现不同波长的激光输出。
量子点激光器优势
宽频带可调谐、低阈值电流、高稳定性等
其他新型激光器简介
表面等离激元激光 器
利用表面等离激元效应实现光放大和激光
微腔激光器
利用微纳加工技术实现高品质因子微腔，实现低阈值激光
生物激光器
利用生物组织或细胞中的荧光物质实现激光输出，具有生 物相容性和可降解性等优点。
06
激光调制、检测与应用 技术
典型案例分析：激光雷达测距系统
工作原理
激光雷达测距系统通过发射激光 束并接收目标反射回来的光信号 ，根据光信号的时间差或相位差 计算出目标距离。

第七章光与物质的相互作用激光

第七章光与物质的相互作用激光

Nn
En e kT
若 E2 > E 1，则两能级上的原子数目之比
N2 e N1
数量级估计：

E 2 E1 kT
1
E 2-E 1～1 eV;
T ～103 K；
kT～1.38×10-20 J ～ 0.086 eV; E 2 E1 1 N2 5 kT 0 . 086 e e 10 1
1. 为什么需要粒子数反转 ? 从E2 E1 自发辐射的光，可能引起 受激辐射过程，也可能引起吸收过程。
dN 21 B21u , T N 2 W21 N 2 dt 受激 dN12 B12u , T N 1 W12 N 1 dt 吸收
h c 0.024263 Å m0 c
电子的 Compton波长
准直系统
散射光
散射体

探 测 器
康普顿效应的特点
12
康普顿效应验证了光的量子性 经典电磁理论的困难 康普顿的解释： X 射线光子与“ 静止”的“ 自由电子”弹性碰 撞 碰撞过程能量守恒，动量守恒 h
h 0 m0c 2 h mc 2 h 0 h n0 n m c c
I I0e
Gx
30
2. 考虑激光在两端反射镜处的损耗
R1
I0 I2 I1
R2
输出
全反射镜
L
I 1 = R 2 I 0 eGL I 2 = R 1 I 1 eGL 即
部分反射镜
R1、R2 左、右两端反射镜的反射率.
显然有 于是 = R 1 R 2 I 0 e2GL R1 R2 e2GL> 1 31
0
c
n
e

3-2 激光与材料相互作用

3-2 激光与材料相互作用

反常吸收
指通过多重非碰撞机制，使激光能量转化为等离子体波能的过程。 这些波所携带的能量，通过各种耗散机制转化为等离子热能。
等离子体对激光的吸收系数：
Z 2 e 6 N e N i ln 2 2 3 c 0 (2me KT ) 3 2 [1 ( pe / 2 ]1 2
T
Z Ne / Ni
pe 等离子体频率； 在等离子体中传播的激光角频率； k 波数( k 2 / ) c 真空中的传播速度
pe pe
相应电磁波可以在等离子体中传播 相应电磁波不能进入等离子体中传播
18 20 3
实验室及一般工业加工条件下，等离子体电子密度处于 10 ~ 10 cm 10 11 范围，相应 pe 的数量级处于 10 ~ 10 Hz范围，对于工业CO2激光，通 常不会出现激光被等离子体全部反射的情况。
致密等离 子体
材料在激光作用下的不同状态
a) 固态加热 b) 表层熔化 c) 表层熔化，形成增强吸收等离子体云 d) 形成小孔及阻隔激光的等离子体云
温度升高---熔化----汽化-----形成小孔、等离子体
激光与材料相互作用下的物态变化： 相变态液态气态等离子态
3、材料对激光能量的吸收
影响吸收率的因素：
激光束
等离子体 工件
2）等离子体对激光的吸收
等离子体通过多重机制吸收激光能量，使温度升高、电离度增大。
正常吸收
逆韧致吸收，是指处在激光电场中的电子被激励发生高频振荡，并 且以一定概率与粒子（主要为离子）相互碰撞，把能量交给比较重的 粒子（离子、原子），从而使等离子体升温的过程。 逆韧致吸收分为线性（电子速度分布为麦克斯韦分布）和非线性 （电子速度分布函数与电场有关）两类，非线性情况发生在极高激光 电场场合。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

一般气化时间比熔融时间高出一个数量级，原
激 因在于沸点比熔点高得多。而且气化潜热比熔融
光 潜热要大一个数量级。
等
离 子 体
激光加热靶材且至气化过程中，有两个非常重要的物理 量：激光与靶材的热耦合系数，激光能量中被转化为靶
的热能的部分。
质量迁移率：m/E，材料气化而损失的质量与激光能量
的比值，与激光功率密的分布、脉冲结构、光斑大小及
和熔化期间材料的热特性保持不变，且激光强度恒定， 均匀地作用于材料表面，熔化（液相区）也均匀地出 现在某一平面上，并假设等温面z（t），边界条件为：
.
Ti t
a li
2T i z2
i
1, 2 ,...
•
式中下标 1，2分
激 光 等 离 子 体
T 2 T1 L l d z (t ) z z (t ), t
材料本身的特性等都有关。
.
• 调Q或锁模激光， m/E的值在1-10g/J，而对自由振荡 脉冲激光、其脉宽为毫秒量级m/E 为102g/J数量级
激 光 等 离 子 体
.
激 很强激光照射靶材引起蒸气或等离子体的流体力学运动 光 及其在凝聚态靶中的力学响应，构成了激光对靶的力学效 等 应，蒸气或等离子体的运动将占据明显的能量比例，其动 离 力学机制成为这类现象的主要因素，并对激光与靶的福合 子 起到决定性的作用。 体
• 第2章 激光熔融与气化
激
光
等 • 激光加热材料表面使得其表面的温度
离 子 体
升高、当表面温度达到材料的熔点时， 将发生熔融现象；继续加热到材料表
面温度达到气化温度时，表面将发生
汽化现象。
.
§1 激光熔融现象
• 当激光致使材料表面的温度达到其熔点时，材料表
激 面已有部分被熔化．而且熔化区的出现使热传导变
5)与气体喷溅速度相比，靶表面后退速率很
慢
.
整个区域分为三部分，1、表示 稳态气体，2、表示受扰动气
激 体;3、为Knudsen层邻近气体 光 等 冲击波后的气体速度 离 子 体
.
激 光 等 离 子 体
.
激 Ma3表示接触间断面蒸气中的马赫数 光 等 离 子 体 代入V2
.
激 光 等 离 子 体
.
• 在所作用的激光脉宽一定时，应调整作用激光的 功率密度，以便在激光脉冲结束时材料表面恰好
激 达到气化温度，以获取最大的熔化深度。 光 等 溶蚀时间tn可由热平衡方程近似出 离 子 体
.
激 光 等 离 子 体
.
• 第2节 靶材的气化模型
• 高强度激光脉冲照射金属靶表面分为几个阶段:
激
光 等
•
.
• 饱和蒸气压力和Knudsen层温度Ts的函数关系 激 光 等 离 子 体
.
激 光 等 离 子 体
.
• 第5节 气化时间的估计
假设气化过程中，所有材料在液相和固相时性质相同，且不
激 随温度变化，那么气化厚度为d ,:的金属所需时间可由能量守 光 恒定律推得 等 离 子 体
.
作用激光功率密度愈高所需气化时间愈短；
体 的速度与该介质中的声速之比。
定义2：流场中某点的速度与该 点处的声速之比
.
• 第4节Knubsen层外的蒸气流动
五条假没:
激 光 等 离
1)作用激光近似作为顶帽型(top-hat)处理。 2)激光脉冲开始时，就有蒸发现象 3)激光脉冲期间，靶表面靶物质喷溅是稳定
子 的。
体
4)靶周围气体均匀且静止。
.
• 考虑熔融潜热
激 光
稳态蒸发解为
等
离
子
体
.
激 光 等 离 子 体
.
激 光 等 离 子 体
铝靶吸收了功率密度为107W/cm2的激光后温度分布 .
• 第3节 靶材气化时的Knudsen(克努森)层
从靶表面跑出来的蒸汽粒子具有表面温度下的麦克
激 光 等
斯韦速率分布.而且这些气化粒子的速度方向均是离 开靶表面方向。
在每一时刻均存在稳定状态解，然后将所有的点
激 的解集合。
光
等
离
子 体
对于蒸发稳定状态，可从温度和蒸气的质量变化率来 计算蒸气压力
.
• 在更高的强度下，激光和蒸气之间的相互作用变 得重要了，温度很高以致部分靶蒸气原子处于激
激 发状态，另外随着蒸气密度的加大，逆韧致辐射 光 过程加强了。 等 离 子 体
.
激 光
代入分布函数式并积分，得到Knudsen层的质量、动 量、能量守恒方程
等
离
子
体
.
激 光 等 离 子 体
.
• 变换一下得靶表面蒸汽的温度、密度与靶材密度、 表面温度的关系。
激 光 等 离 子 体
.
•Knudsen层的蒸气马赫数Ma为
激
光
等 离
马赫数:Mach number
子 定义1：在某一介质中物体运动
热；t是 熔化开始
z(0 ) 0
后2
4at 2aA2 Ps 02
激 光 等 离 子
tn是激光照射材料表面到材料熔化所需的时间 对于大多数金属而言， L l 0 . 5 clT n
体 近似成立，所以溶化波前的深度为
z(t)
0.16aAPs0
Ll
(t
tn)
.
激 光 等 离 子 体
光 得很复杂；原因主要因为材料熔化要吸收熔化热；
等 离
其次材料的热导率在熔化前后将成倍的变化。
子
体
.
• 激光照射到材料表面时，材料表面温度按热传导的规
律升高，但表面温度达到熔点Tm，等温面(熔化波前)
激 以一定的速度向材料内部传播。其传播速度取决于激 光 光功率密度和材料的固相、液相的热力学参数。 等 离 子等温面传播的最大距离为最大熔化深度，该物理量是 体激光焊接中的重要参数。为使问题简化，在激光加热
离
首先，靶表面达到熔点温度时，就形成一个熔融 层，然后温度继续上升直到蒸发开始。一部分吸
子 收的激光能流变为蒸发的潜热、气化质量的动能
体 和喷溅蒸气的热量，其余部分传给靶材。最后，
在强度不是很高的条件下，喷溅蒸气不能形成强
吸收，系统达到一个稳定状态。
.
激 光 等 离 子 体
.
• 若激光加热能量分布随时一间变化，则必须假定
z z
l dt
l
Tl z
a Ps0 z
0,t
0
T1 T 2 T n z z (t ), t 0
l i m l i m T ( z , t ) T ,
z
z
T2 0 z
T2 ( z,0 ) T1( z )
0
别表示液 相和固相，
Tn代表 融化温度；
Ll为材料
的熔化潜
离 子 这种各向异性的速率分布是通过蒸气粒子相耳碰撞
体 形成的，通常认为这种碰撞是在靶表面前方几个平
均自由程内进行，这一区域称为Knudsen层。
.
激 光 等 离 子 体
.
激 光 等 离 子 体
在下面处理过程中，假设所有后向散射蒸气粒 子凝固到靶表面上，并将蒸气近似为理想气体 来处理，那么1mol理想气体内能为