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小火龍果

2024-08-10 15:08

激光燒蝕 | RP 系列激光分析設(shè)計(jì)軟件

激光燒蝕的應(yīng)用

激光燒蝕工藝應(yīng)用于激光材料加工的許多領(lǐng)域:
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· 在激光切割、鉆孔和激光銑削等激光加工過(guò)程中，需要去除一定數(shù)量的材料。
· 這同樣適用于用于激光打標(biāo)或其他目的的激光雕刻。在這里，人們通常需要去除材料直到一個(gè)明確定義的深度。獲得的均勻性和由此降低的表面的低粗糙度可能是重要的。通常，燒蝕是通過(guò)一系列的激光脈沖來(lái)完成的，每一個(gè)激光脈沖都在前一個(gè)激光脈沖的位置上輕微移動(dòng)。這一過(guò)程適用于各種材料，如金屬、陶瓷、玻璃和聚合物。
· 機(jī)器零件是經(jīng)過(guò)加工得到的顯微組織表面。例如，為了減少潤(rùn)滑部件的摩擦，例如內(nèi)燃機(jī)的汽缸和活塞。
· 某些類型的激光表面修飾還涉及燒蝕，通常在微觀尺度上。
· 激光清洗意味著去除某些不需要的材料類型，這些材料通常比底層基材更好地吸收激光輻射。這種選擇性在實(shí)踐中通常非常有助于完全去除所有不需要的材料，同時(shí)保留襯底材料。
· 薄膜光伏電池需要在其邊界處絕緣，即需要燒蝕金屬層。此外，接觸它們通常需要燒蝕一些絕緣層。
· 脈沖激光沉積利用激光燒蝕材料，以便將其沉積到其他地方。
· 一個(gè)奇特的應(yīng)用是將激光推進(jìn)，利用燒蝕材料的后坐力。對(duì)于遠(yuǎn)高于火箭廢氣速度的反沖速度，激光推進(jìn)在所需推進(jìn)劑質(zhì)量方面可能更有效，同時(shí)需要更多的能量（例如來(lái)自核反應(yīng)堆）。
在材料加工領(lǐng)域之外也有應(yīng)用，例如激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）。這里，一個(gè)光譜分析產(chǎn)生的等離子體羽流的輻射。

激光消融的非技術(shù)應(yīng)用主要在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域:
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· 激光手術(shù)可以非常準(zhǔn)確地切除精細(xì)結(jié)構(gòu)（例如，惡性腫瘤的部分），而不會(huì)顯著影響其鄰近區(qū)域；然而，處理速度可能相當(dāng)?shù)汀?/font>
· 激光消融也可用于牙科治療齲齒，當(dāng)使用波長(zhǎng)合適的激光時(shí)，可以選擇性地去除受蛀牙影響的組織，同時(shí)保留牙齒未受影響的部分。

激光燒蝕的物理學(xué)

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激光的吸收
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一些入射激光被吸收，其能量轉(zhuǎn)化為熱量。通常，應(yīng)選擇激光的波長(zhǎng)以使吸收長(zhǎng)度相當(dāng)短。這樣，入射功率就會(huì)被吸收在一個(gè)小體積中，從而引起相應(yīng)的強(qiáng)烈加熱。反射損耗通常也相當(dāng)小。
為什么近紅外激光被如此頻繁地使用?
激光燒蝕通常使用近紅外光完成，主要是因?yàn)樵谠摴庾V區(qū)域可以找到性能最好且最便宜的激光器。然而，增加的吸收通常可以通過(guò)倍頻來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如從1μm波長(zhǎng)區(qū)域到0.5μm左右的區(qū)域，從而有效地獲得綠色激光。
例如，銅對(duì)綠光的吸收比對(duì)原始紅外光的吸收要好得多，因此盡管在倍頻過(guò)程中脈沖能量損失很大（通常為50%左右），但燒蝕過(guò)程可以變得更加有效。當(dāng)頻率增加三倍或四倍時(shí)，甚至可以進(jìn)入紫外線區(qū)域，許多材料在該區(qū)域獲得非常強(qiáng)的吸收。或者，可以直接從紫外激光開(kāi)始，例如準(zhǔn)分子激光。
非線性吸收過(guò)程通常與激光燒蝕密切相關(guān)。
一種特殊情況是用激光切割透明材料，如光學(xué)玻璃，例如在近紅外波段，通常不會(huì)被吸收到任何顯著程度。然而，當(dāng)施加非常高光強(qiáng)的光時(shí)，可以通過(guò)非線性過(guò)程獲得大量吸收，這可以通過(guò)應(yīng)用放大的超短光脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。