激光加工.pdf
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1、1 第七章激光加工 第七章激光加工 激光加工(Laser Beam Machining,简称 LBM) 激光是一种可控的单色光,强度高,能 量密度大,可以在空气介质中高速加工 是一种可控的单色光,强度高,能 量密度大,可以在空气介质中高速加工 激光加工不需要任何加工工具,而且加 工速度快、表面变形小 激光加工不需要任何加工工具,而且加 工速度快、表面变形小 激光加工可以用于打孔、切割、电子器 件的微调、焊接、热处理、以及激光储 存等各个领域 激光加工可以用于打孔、切割、电子器 件的微调、焊接、热处理、以及激光储 存等各个领域 2 第一节激光加工的原理和特点 一激光的产生原理 第一节激光加工的原
2、理和特点 一激光的产生原理 激光是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达 到很高的能量密度靠光热效应来加工各种材料的 激光是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达 到很高的能量密度靠光热效应来加工各种材料的 原子是由原子核和绕核转动的电子组成的。原子 的内能就是电子绕原子核转动的动能和电子被原 子核吸引的位能之和。如果由于外界的作用,使 电子与原子核的距离增大或缩小,则原子的内能 也随之增大或缩小。电子只有靠近原子核的轨道 运动才是最稳定的,这时电子所处的状态称为 原子是由原子核和绕核转动的电子组成的。原子 的内能就是电子绕原子核转动的动能和电子被原 子核吸引的位能之和。如果由于外界的作用,使 电
3、子与原子核的距离增大或缩小,则原子的内能 也随之增大或缩小。电子只有靠近原子核的轨道 运动才是最稳定的,这时电子所处的状态称为 “基态基态”。当外界传给原子一定能量时,原子内能 就会增加,外层电子的轨道半径会扩大,被激发 到高能级,称为 。当外界传给原子一定能量时,原子内能 就会增加,外层电子的轨道半径会扩大,被激发 到高能级,称为“激发态激发态”或或“高能态高能态” 3 被激发到高能级的电子是很不稳定的,它 总是力图回到低能级去。电子从高能级回 落到低能级的过程称为 被激发到高能级的电子是很不稳定的,它 总是力图回到低能级去。电子从高能级回 落到低能级的过程称为“跃迁跃迁”。 基态原子可以长
4、时间地存在,而处于激发 状态的各种高能级原子停留的时间一般都 较短。而有些原子或离子的高能级或次高 能级却有较长的寿命,这种寿命较长的较 高能级称为亚稳态能级。这种亚稳态能级 的存在是形成激光的重要条件 基态原子可以长时间地存在,而处于激发 状态的各种高能级原子停留的时间一般都 较短。而有些原子或离子的高能级或次高 能级却有较长的寿命,这种寿命较长的较 高能级称为亚稳态能级。这种亚稳态能级 的存在是形成激光的重要条件 当原子从高能级跃迁回到低能级或基态 时,常会以光子的形式辐射出光能量 当原子从高能级跃迁回到低能级或基态 时,常会以光子的形式辐射出光能量 4 原子从高能态自发地跃迁到低能态而发
5、光 的过程称为 原子从高能态自发地跃迁到低能态而发光 的过程称为“自发辐射自发辐射” 当一束光入射到具有大量激发态原子的系 统中,这种光的频率 当一束光入射到具有大量激发态原子的系 统中,这种光的频率v与很接 近,则处于激发能级上的电子在这束光的 刺激下会跃迁到较低能级,同时发出一束 光,这种发光过程称为 与很接 近,则处于激发能级上的电子在这束光的 刺激下会跃迁到较低能级,同时发出一束 光,这种发光过程称为“受激辐射受激辐射” 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 处于较高能级的原子数目大于处于低能级 的原子数目,这种现象称为 具有亚稳态能级结构的物质,
6、在一定外来 光子能量激发的条件下,会吸收光能,使 处于较高能级的原子数目大于处于低能级 的原子数目,这种现象称为“粒子数反转粒子数反转” h EEn 1 5 在粒子数反转的状态下,如果有一束光子 照射该物体,而光子的能量恰好等于这两 个能级相对应的能量差,这时就能产生受 激辐射,输出大量的光能 在粒子数反转的状态下,如果有一束光子 照射该物体,而光子的能量恰好等于这两 个能级相对应的能量差,这时就能产生受 激辐射,输出大量的光能 用脉冲氙灯照射红宝石时,使红宝石中处 于基态 用脉冲氙灯照射红宝石时,使红宝石中处 于基态E1的铬离子大量激发到的铬离子大量激发到En状态,由 于 状态,由 于En状
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