激光器的出現(xiàn)大大改變了人們對(duì)光學(xué)的認(rèn)識(shí)。激光器問(wèn)世以前,人們對(duì)光學(xué)的認(rèn)識(shí)主要限于線性光學(xué),即光束在真空和介質(zhì)中的傳播是相互獨(dú)立的;光在傳播過(guò)程中,由于衍射,折射和干涉等效應(yīng),使光在空間分布發(fā)生改變,但光波的頻率卻不會(huì)變化;介質(zhì)的主要參數(shù)如折射率、吸收系數(shù)等都與入射光強(qiáng)無(wú)關(guān),而僅與波長(zhǎng)有關(guān)。1961年,也就是第一臺(tái)紅寶石激光器問(wèn)世的第二年,F(xiàn)ranken 將紅寶石激光束入射到石英片上,發(fā)現(xiàn)出射光中不僅有紅寶石的 694.3nm光束,在紫外區(qū)還存在令一條波長(zhǎng)為 347.25nm的光譜線,這正好是紅寶石激光波長(zhǎng)的一半。從此,非線性光學(xué)成為一個(gè)熱門(mén)的研究課題。 Je5}Z.3m
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激光與材料相互作用的研究是一項(xiàng)極其復(fù)雜而有趣的課題。激光和材料相互作用過(guò)程的研究還涉及許多學(xué)科領(lǐng)域,包括激光物理、傳熱學(xué)、等離子體物理學(xué)、非線性光學(xué)、熱力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、材料力學(xué)、固體物理學(xué)、固體材料的光學(xué)性質(zhì)等方面。一方面,激光與材料相互作用的激光光源因素有波長(zhǎng)、能量、功率、脈寬、脈沖結(jié)構(gòu)、偏振,發(fā)散角,重復(fù)率以及作用次數(shù)等,其中的任一種因素都將對(duì)作用過(guò)程產(chǎn)生重要影響;另一方面,材料的多樣性(包括材料種類(lèi)的多樣性和不同條件下材料本身性質(zhì)的變化)也是引起問(wèn)題復(fù)雜化的原因。一般而言,從激光能量角度,激光與物質(zhì)相互作用具有如下規(guī)律: |Bz1u|uc
z{`K_s%5
103~104ω/cm2 104~106 ω/cm2 106~108 ω/cm2 108 ω/cm2 以上 w;W# 'pE
加熱 熔融 氣化 等離子體 N?`V;`[
1-0tG+
從激光脈沖寬角度而言,高功率長(zhǎng)脈寬激光作用在材料上,主要是熱效應(yīng);而高功率短脈寬激光作用在材料上,由于來(lái)不及熱傳導(dǎo),激光能量在短時(shí)間內(nèi)聚集在小區(qū)域內(nèi),而使材料汽化,形成噴射物,即激光等離子體。