文档介绍：激光加工的基本原理
激光是一种亮度高、方向性好、单色性好的相干光。由于激光发散角小和单色性好,理论上可通过一系列装置把激光聚焦成直径与光的波长相近的极小光斑,加上亮度高,其焦点处的功率密度可达107~1011w/cm2,温度高达万度左右,在此高温下,任何坚硬的或难加工的材料都将瞬时急剧熔化和气化,并产生强烈的冲击波,使熔化的物质爆炸式地喷射出去,这就是激光加工的工作原理。
由于激光加工不需要加工工具,而且加工速度快,表面变形小,可以加工各种材料,已经在生产实践中愈来愈多地显示出它的优越性,所以很受人们的重视。激光加工是利用光的能量,经过透境聚焦,在焦点处达到很高的能量密度,靠光热效应来加工各种材料的。
人们曾用透镜将太阳光聚焦,使纸张木材引燃,但无法用作材科加工。这是因为:
①地面上太阳光的能量密度不高。
②太阳光不是单色光,而是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等多种不同波长的光组成的多色光,聚焦后焦点并不在同一平面内
只有激光是可控的单色光。强度高、能量密度大,可以在空气介质中高速加工各种材科。激光的应用越来越广泛。
第一节激光加工的原理和特点
一、激光的产生原理
(一)光的物理概念及原子的发光过程 1 .光的物理概念
光的波粒二象性
光的电磁说
波长λ、频率ν、波速c三者的关系:
电磁波的波谱
可见光的波长范围:-。根据波长的大小分为七种颜色的光。;。
光的量子说
认为光是有一定能量、以光速运动的粒子流
E=hv
原子的发光
电子绕原子核运动,在最靠近原子核的轨道上运动最稳定,这时的能级状态—基态。
原子接受外界能量时,外层电子获得能量,轨道半径扩大,被激发到高能级—激发态或高能态。
处于高能级的原子回落到低能态—跃迁
激发态的高能级原子停留时间很短,。寿命较长的较高能级称为亚稳态能级。
原子从高能级跃迁回到低能级或基态时,以光子的形式释放出能量
自发辐射
原子从高能态自发地跃迁到低能态而发光的过程称为自发辐射,如日光灯、氙灯等。特点:跃迁时序不一、光的频率和波长大小不一、单色性差,方向性差。
受激辐射
若光的频率v接近,发出与入射光频率、相位、传播方向、偏振方向一致的光。
激光的产生
粒子数反转
某些具有亚稳态能级结构的物质,在一定外来光子能量激发的条件下,会吸收光能,使处在较高能级(亚稳态)的原子(或粒子)数目大于处于低能级(基态)的原子数目
红宝石激光的形成
脉冲氙灯照射红宝石,铬离子从E1激发至En 继而En 亚稳态E2 ;当有频率为
的光照射时,产生受激辐射跃迁—激光