激光切割机照射准分子激光切割机

在大多数情况下，准分子激光切割机与金属材料的相互作用呈现较弱的过程。从低碳钢、紫铜、镜面铝板等金属材料的孔槽加工实验中可以发现：‘①加工出的矩形孔（或方孔）棱角倒圆；②直边弯曲，矩形变桶形；③熔化重凝十分明显。可见，与金属材料相互作用机理，与C02激光切割机

    用长脉冲激光切割机照射固体表面时，将产生线性或非线性吸收，生成等离子体。这种高温高密度等离子体从固体表面向外喷出，产生烧蚀。通常的激光加工中，从固体表面喷出并膨胀的等离子体会吸收激光，激光切割机中激光通过等离子体中的热传导，使激光能量注入加工领域。当照射激光的脉宽与等离子体的形成时间相比足够长时，激光等离子体频率与照射激光频率达到平衡，即在临界密度领域被遮蔽，无法再继续进入物体。这就是所谓的等离子体屏蔽。临界密度可以用ne=me.w2/（4πe2）来表示。式中me为电子质量，e为电子电荷，w为激光频率。从可见光到近红外的波长，其临界密度为l0\21cm-3左右。由于激光切割机中的激光照射，在固体表面产生的等离子体从表面向外侧膨胀时的膨胀速度v可以用v≈（z.kbT/mi）1/2来表示。这里的z为离子价数，kBT为等离子体温度，mi为离子质量。现在将等离子体温度设为几十电子伏时，v为～l0\6cm/s,使用lOOfs以下超短脉冲激光时，飞秒激光持续时间与等离子体膨胀时间相比很短，因此在等离子体临界密度到达之前，脉冲能量就可结束沉积，可以看到等离子体膨胀前，激光切割机中的激光照射就终止了。避免了常见的等离子体屏蔽现象，提高了能量耦合效率。这也是使用飞秒激光在提高加工精度的同时又能提高效率的一个原因。

    在大多数情况下，准分子激光切割机与金属材料的相互作用呈现较弱的过程。从低碳钢、紫铜、镜面铝板等金属材料的孔槽加工实验中可以发现：‘①加工出的矩形孔（或方孔）棱角倒圆；②直边弯曲，矩形变桶形；③熔化重凝十分明显。可见，准分子激光切割机与金属材料相互作用机理，与C02激光切割机、YAG激光并无实质性区别。在作用区边缘，可见熔化微滴冷凝后的堆积物。在金属中的能量输运由热传导规律决定。作为加热过程涉及热输入、熔化、蒸发、熔池形成与变化，同样也是小孔效应和等离子体屏蔽起了关键作用。所不同点在于，金属材料对准分子激光的吸收率较高，光子穿透深度浅。对30ns的激光切割机脉冲而言，热扩散长度只延续在微米范围。并且短波长的紫外激光穿透等离子体云的能力比长波长的红外激光强。激光束诱导的熔化和气化中，容易产生蒸气压力所导致的气孔0 10um直径大小的光束和熔化结构在光束入射端有几个微米的结构。这可用来对薄的金属箔打出在出射端小于1um的孔。热影响区（HAZ）的减少和熔化结构的避免可沿短脉冲宽度的思路。飞秒KrF准分子激光的实验可以验证这一假设。

    为了研究同一种材料（PMMA）的激光切割机过程，有人研究了在不同波长的激光刻蚀下热效应分量的影响。随着入射能量的增加，温度升高，热效应分量增加，这是很容易理解的.308nm波长的光子作用在PMMA分子上，大部分能量引起分子转动和振动能级的变化，以热的形式引起温度升高导致聚合物主链的热解聚。热解聚随着入射光强度的增加、温度升高而加剧，热影·374·响分量增大；248nm的波长的光子刻蚀PMMA的过程中，光解分量占有一定的比例，成键电子吸收光子的部分能量，抑制了温度的上升和热解聚，热效应分量减小；193nm波长激光切割机刻蚀PMMA，光解反应的分量进一步增加，热效应分量进一步减小。至于热效应和光解效应对于给定的波长和聚合物材料所占比例是多少，具体的物理和化学模型有待进一步研究.