解讀激光束的反射和吸收的原理
如果被加工表面反射過多的光能,則吸收的能量減少,工作效率降低,并且反射光可能對光學系統造成損害。因此激光束的反射和吸收與激光加工密切相關。
吸收和反射的值與以下關系相關:
反射率 =1- 吸收率(對于不透明材料)或
反射率 =1- 吸收率 - 透射率(對于透明材料)
光在介質中的傳輸
從空氣到不透明的完美平坦干凈金屬表面的法線入射角的反射系數 R 可以使用以下公式計算:
R=[(1-n) 2 +k 2 ]/[(1+n) 2 +k 2 ]
不透明金屬表面的吸收率A為:
A=1–R=4n/[(n+1) 2 +k 2 ]
其中n是材料的折射系數,k是材料的消光系數。這兩個值都可以在手冊中查找。我們在下表中列出了一些值。請記住,這些光學特性是輻射波長的函數,并隨溫度而變化。
接下來我們研究影響反射率和吸收率的因素。
波長:波長越短,光子的能量越高 。波長較短的光子比波長較長的光子更容易被材料吸收。因此,R 通常隨著波長變短而減小,而當光子能量增加時吸收增加。
溫度:隨著溫度升高,聲子數量將會增加。電子更有可能與結構相互作用,而不是與入射光子相互作用。因此,隨著溫度的升高,反射率下降,吸收率增加。
入射角和偏振面:反射率隨入射角和偏振面而變化。如果偏振面位于入射面,則該光線稱為平行光線(“p”光線);如果偏振面垂直于入射面,則該射線稱為“s”射線。“p”射線和“s”射線的完美平面的反射率系數為:
R p =[(n-1/cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+1/cos f ) 2 +k 2 ]
R s =[(n-cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+cos f ) 2 +k 2 ]
其中f是入射角,n是折射系數,k是材料消光系數。我們看到這里p射線和s射線的反射率是不同的,p射線比s射線更容易被材料吸收。
例:利用表中的數據,求出Nd:YAG激光束輻射在Al表面上的s射線和p射線反射和吸收,入射角為60度。
解:對于鋁,k=8.5,n=1.75,
R s =[(n-cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+cos f ) 2 +k 2 ]=[(1.75-cos60)^2+8.5^2]/[(1.75+cos60)^2+8.5^2]=73.8125/77.3125=0.955=95.5%
s 射線吸收率 =1-Rs=4.5%
R p =[(n-1/cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+1/cos f ) 2 +k 2 ]=[(1.75-1/cos60)^2+8.5^2]/[(1.75+1/cos60)^2+8.5^2]=72.3125/86.3125=83.8%
p 射線吸收 =1-Rp=16.2%
例:利用表中的數據,求 Nd:YAG 激光束輻射在 Fe 表面上的 s 射線和 p 射線反射和吸收,入射角為 60 度。
解:對于鐵,k=4.44,n=3.81,
R s =[(n-cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+cos f ) 2 +k 2 ]=[(4.44-cos60)^2+3.81^2]/[(4.44+cos60)^2+3.81^2]=77.18%
s 射線吸收率 =1-Rs=22.82%
R p =[(n-1/cos f ) 2 +k 2 ]/[(n+1/cos f ) 2 +k 2 ]=[(4.44-1/cos60)^2+3.81^2]/[(4.44+1/cos60)^2+3.81^2]=36.56%
p 射線吸收 =1-Rp=63.44%
▍最新資訊
-
相量熱成像技術取得新突破:賦能生命體征監測與早期疾病檢測領域
近年來,熱成像技術在醫療領域的應用不斷拓展,但傳統熱成像技術在檢測細微溫度變化和復雜環境下的精確性方面仍存在局限。如今,佐治亞理工學院(Georgia Tech)的研究團隊通過開發一種名為相量熱成像技術(Phasor Thermo graphy,PTG)的新型方法,成功克服了這些挑戰,為生命體征監測和早期疾病檢測開辟了新的可能性。
2025-04-02
-
熒光顯微鏡與激光共聚焦顯微鏡的異同
在細胞形態學研究中,熒光顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡是兩種常用的設備。雖然它們都利用熒光信號進行成像,但兩者在光源、成像方式、分光方式、檢測器和針孔設計上存在顯著差異,這些差異直接影響了它們的成像質量和適用場景。本文將詳細比較這兩種顯微鏡的異同,并探討它們在實際應用中的優劣勢。
2025-04-02
-
融合偏振與偏折信息的鏡面三維成像技術獲得突破與相關應用
近年來,光學成像技術在多個領域取得了顯著進展,而鏡面三維成像技術作為其中的重要分支,正逐漸成為研究的熱點。近日,一項關于融合偏振與偏折信息的鏡面三維成像技術的研究成果引發了廣泛關注。這項技術通過結合偏振和偏折信息,不僅顯著提高了鏡面物體的三維成像精度,還為工業檢測、醫療成像和科學研究等領域提供了全新的解決方案。
2025-04-02
-
光模塊種類大全、速率發展、分類及應用場景解析
在現代通信網絡中,光模塊扮演著至關重要的角色,它如同一位不知疲倦的信使,將電信號轉化為光信號,在光纖中飛馳,實現信息的高速傳遞。從1G到800G,光模塊的演進不僅是技術的進步,更是人類對速度與效率追求的生動寫照。
2025-04-01