二激光与等离子体相互作用.ppt

激光与物质相互作用 朱海红 武汉光电国家实验室激光部 Tel:027mail:zhuhh@mail.hust.edu.cn 回忆 回忆 等离子体点燃时间 等离子体点燃时间 等离子体点燃时间 高功率激光作用时 高功率激光作用时 激光与等离子体相互作用 质量如何，能量都用来干什么了----传到哪儿去了？ 激光与等离子体相互作用 也可以与等离子体的横波（电磁波）和纵波（静电和离子声波）相互作用 激光在等离子体中的传播 激光在等离子体中的传播 激光在等离子体中的传播 激光在等离子体中的传播 激光在等离子体中的传播 激光在等离子体中的传播 在密度不同的等离子体中传播的激光，其波长会随着密度的变化而相应变化，因为激光频率在传播过程中可以认为是不变的 激光在等离子体中的传播 激光在等离子体中的传播 激光在等离子体中的传播 激光在等离子体中的传播模型 激光在等离子体中的传播方程 激光在等离子体中的传播方程 激光在等离子体中的传播方程 激光在等离子体中的传播方程 激光在等离子体中的传播方程 激光在等离子体中的传播方程 激光在等离子体中的传播方程 激光在等离子体中的传播方程 激光在等离子体中的吸收 激光在等离子体中的吸收 激光在等离子体中的吸收 激光在等离子体中的吸收 激光在等离子体中的吸收 激光在等离子体中的吸收 激光在等离子体中的吸收 激光在等离子体中的吸收 韧致过程的量子统计研究 韧致过程是在电子碰撞过程中产生的。在等离子体中每一个带电粒子都会受到周围其他带电粒子的屏蔽，从而影响了这一过程。 韧致过程的量子统计研究 常铁强等从量子统计出发，采用Fermi－Dirac分布函数代替Maxwell分布，对等离子体的韧致辐射作了细致研究。包含了电子屏蔽、离子屏蔽，消除了积分的发散。 考虑集体效应的韧致过程 考虑集体效应的韧致过程 非线性逆韧致吸收 激光的共振吸收 激光的共振吸收 激光的共振吸收 此静电波沿电子密度梯度方向向低密的等离子体中传播，群速度逐渐增加，电场强度的振幅逐渐减少 反常吸收 反常吸收 通过波－波相互作用和波－离子相互作用使电子获得能量的过程称作反常吸收 反常吸收 种类 CO2激光焊接的光致等离子体 CO2激光焊接光致等离子体中通常只含有一价离子，即： CO2激光焊接的光致等离子体 CO2激光焊接的光致等离子体 激光焊接中的光致等离子体 激光在等离子体中折射 CO2激光焊接中的光致等离子体折射 CO2激光焊接光致等离子体折射效应 CO2激光焊接光致等离子体折射效应 CO2激光焊接光致等离子体折射效应 CO2激光焊接光致等离子体折射效应 CO2激光焊接光致等离子体折射效应 等离子体对激光的散射 等离子体对激光的散射 等离子体对激光的散射 等离子体对激光的散射 激光焊接的等离子体行为 激光焊接中的光致等离子体 从温度看，激光焊接光致等离子体属低温等离子体 激光焊接的等离子体行为 激光焊接中的光致等离子体 激光焊接中的光致等离子体 激光焊接中的光致等离子体 激光焊接中的光致等离子体 激光焊接中的光致等离子体 激光焊接中的光致等离子体 激光焊接中的光致等离子体 激光焊接中的光致等离子体 激光焊接中的光致等离子体 激光焊接中的光致等离子体 激光焊接光致等离子体控制 激光只能在低于临界密度的等离子体中传输，即晕区中传播 思考题 激光在什么样的等离子体中能够传输？两者必须满足怎样的频率关系？ 球形粒子引起的瑞利散射强度： 空间随机分布的多个粒子引起的瑞利散射的等效吸收系数为： 散射损失反比于波长的4次方 波长越短，散射越大 对于YAG激光，虽然由于波长短，不易形成等离子体，吸收小，但散射损耗大，仍然要控制等离子体 CO2激光，未见散射报道 波长长，散射小 激光深熔焊接过程中形成的光致等离子体对焊接质量有很大影响。具有两重性, 这取决于等离子体的存在状态。 当等离子体处于蒸发沟槽之内或为表面薄层状时, 等离子体可以强化吸收； 而当等离子体变成云团时, 将对激光散射和折射，阻碍激光与材料的耦合。 从空间位置和等离子体的强弱来看，在不同的激光功率密度条件下，可以将激光等离子体分为三类： 等离子体呈周期性变化 等离子体非常稀少并附在工件表面 等离子体在工件上方形成稳定的近似球形的云团 20kW射频激励快速轴流CO2激光器焊接铸造铝合金 激光深熔焊接过程中产生的等离子体云团对入射激光具有屏蔽作用，影响正常焊接过程。等离子体的吸收和散射作用影响了激光的传输效率，降低了到达工件上的激光能量；而等离子体的负透镜效应（折射）扩大了激光能量在工件上的作用区，从而降低了焊接质量。 等离子体对激光的折射行为是引起等离子体屏蔽的主要原因。在激光深熔焊接过程中，等离子体对激光的折射作用大