激光的物理特性
激光熔覆技术作为一种新型的材料表面改性技术,涉及光、机、电、材料、检测与控制等多学科,是激光先进制造技术最重要的支撑技术。激光是利用原子或分子受激辐射的原理,使工作物质受激发而产生的一种光辐射。同一傲光束内所有的光子频率相同、相位一致、偏振与传播方向一致。因此,激光是单色性好、方向性强、亮度极高的相干光辐射。激光加工技术是集光、机、电为一体的系统工程,同时与物理、材料、机械、自动化等多个学科交叉,是科技发展的前沿领域之一。
激光的特点
激光作为相干光,具有多种特性。
(1)单色性好
光的本质是一种电磁波辐射。对于电磁波辐射,其相干长度越长,光谱线宽度越窄,其颜色越单纯,即光的单色性越好。以氦氖激光器为例,产生的激光相干长度约为4X10'm。在激光出现之前,最好的单色光源是氪灯,它产生的光辐射相干长度约0. 78m。可见激光是世界上发光颜色最单纯的光潇。
(2)亮度高
高亮度是激光的又一突出特点。一般地,将单位发光面积AS、单位光辐射宽度△、发射角夕发出的光辐射强度定义为光源的单色亮度B。
式中,P为激光功率。
尽管太阳发射总功率高,但是光辐射宽度△很宽,发散角口很大,单色亮度仍很小。而激光虽然△、0均很小,但其单色亮度很高,高功率激光器产生的激光单色亮度B甚至比太阳高100万亿倍。
(3)方向性强
由激光的产生机理可知,在传播介质均匀的条件下,激光的发射角仅受衍射所限。
式中,为波长;D为光源光斑直径。
地球与月球表面的距离约为3.8X10'km,利用聚焦最好的激光束射达月球,其光斑直径仅为几十米。
(4))相干性好
光产生相干现象的最长时间间隔称为相干时间r,在相干时间内,光传播的最远距离叫作相干长度L。
式中,c为光速.
激光带宽AA很小,相干长度L,很长。实际上,单色性好,相干性就好,相干长度也就越长。
(5)能量高度集中
一些军事、航空、医学、工业用的激光器均能产生很高的激光能最,如核聚变用的激光器的输出功率可高达10"W,能够克服核间排斥力,实现核聚变反应。随着激光超短脉冲技术的发展,人们能从用于产生极短时间激光脉冲技术的掺Ti蓝宝石激光器件中,利用脉冲放大技术获得峰值功率高达P=10"W的激光。