激光器的出现大大改变了人们对光学的认识。激光器问世以前,人们对光学的认识主要限于线性光学,即光束在真空和介质中的传播是相互独立的;光在传播过程中,由于衍射,折射和干涉等效应,使光在空间分布发生改变,但光波的频率却不会变化;介质的主要参数如折射率、吸收系数等都与入射光强无关,而仅与波长有关。1961年,也就是第一台红宝石激光器问世的第二年,Franken 将红宝石激光束入射到石英片上,发现出射光中不仅有红宝石的 694.3nm光束,在紫外区还存在令一条波长为 347.25nm的光谱线,这正好是红宝石激光波长的一半。从此,非线性光学成为一个热门的研究课题。 +s}28U!
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激光与材料相互作用的研究是一项极其复杂而有趣的课题。激光和材料相互作用过程的研究还涉及许多学科领域,包括激光物理、传热学、等离子体物理学、非线性光学、热力学、气体动力学、流体力学、材料力学、固体物理学、固体材料的光学性质等方面。一方面,激光与材料相互作用的激光光源因素有波长、能量、功率、脉宽、脉冲结构、偏振,发散角,重复率以及作用次数等,其中的任一种因素都将对作用过程产生重要影响;另一方面,材料的多样性(包括材料种类的多样性和不同条件下材料本身性质的变化)也是引起问题复杂化的原因。一般而言,从激光能量角度,激光与物质相互作用具有如下规律:
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103~104ω/cm2 104~106 ω/cm2 106~108 ω/cm2 108 ω/cm2 以上 zL'n
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加热 熔融 气化 等离子体 1P_bG47
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从激光脉冲宽角度而言,高功率长脉宽激光作用在材料上,主要是热效应;而高功率短脉宽激光作用在材料上,由于来不及热传导,激光能量在短时间内聚集在小区域内,而使材料汽化,形成喷射物,即激光等离子体。