Диэлектрики

Поглощение света диэлектриками обусловлено наличием колебательных степеней свободы кристаллической решетки, молекул и атомов, межмолекулярными колебаниями, имеющимися примесями, дефектами структуры и т. п. Коэффициент поглощения зависит от длины волны излучения и обычно имеет большое значение как в области ультрафиолетового (УФ), так и в области инфракрасного (ИК) излучений; в промежуточной спектральной области диэлектрики могут быть частично или полностью прозрачными.

На длине волны излучения СО2-лазеров (λ= 10,6 мкм) большинство диэлектриков имеют высокие коэффициенты поглощения, и излучение поглощается в поверхностном слое толщиной в несколько микрон, что в большинстве случаев также, как у металлов позволяет считать источник тепла поверхностным. Имеется довольно ограниченное число веществ, прозрачных для λ = 10,6 мкм; эти вещества применяются для изготовления оптических ИК элементов. Некоторые диэлектрики поглощают ИК излучение СО2-лазера в достаточно толстых слоях (от долей миллиметра и более), и для них лазерный тепловой источник необходимо считать объемным.

Полупроводники

Для полупроводников и диэлектриков основной является фононная теплопроводность. Полупроводники имеют низкую концентрацию свободных электронов, и если энергия светового кванта меньше ширины запрещенной зоны (hλ<E), то их оптические свойства подобны свойствам диэлектриков. Если hλ>E, то за счет внутреннего фотоэффекта электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости. При достаточно большой интенсивности излучения число свободных электронов существенно возрастает, значительно увеличивая долю световой энергии, поглощенной электронным газом и передаваемой в решетку за время 10^-10-10^-11 c.

20. Использование лазерного излучения для сварки и термической обработки металлов.

При лазерной сварке нагрев и плавление металла осуществляется лазерным лучом оптического квантового генератора (ОКГ).

Общепринятые обозначения лазерной сварки

LBW – LaserBeamWelding – сварка лазерным лучом

Сущность лазерной сварки

Лазерный луч по сравнению с обычным световым лучом обладает рядом свойств – направленностью, монохроматичностью и когерентностью.

Благодаря направленности лазерного луча его энергия концентрируется на сравнительно небольшом участке. Например, направленность лазерного луча может в несколько тысяч раз превышать направленность луча прожектора.

Если обычный «белый» свет состоит из лучей с различными частотами, то лазерный луч является монохроматичным – имеет определенную частоту и длину волны. За счет этого он отлично фокусируется оптическими линзами, поскольку угол преломления луча в линзе постоянен.

Когерентность – это согласованное протекание во времени нескольких волновых процессов. Некогерентные колебания светового луча обладают различными фазами, в результате чего могут погасить друг друга. Когерентные же колебания вызывают резонанс, который усиливает мощность излучения.

Благодаря вышеперечисленным свойствам лазерный луч может быть сфокусирован на очень маленькую поверхность металла и создать на на ней плотность энергии порядка 10⁸Вт/см² – достаточную для плавления металла и, следовательно, сварки.

Для лазерной сварки обычно используются следующие типы лазеров:

• твердотельные и

• газовые – с продольной или поперечной прокачкой газа, газодинамические.