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激光加工利用的激光特性

激光加工利用的激光特性

激光具有和普通光源不同的特性,通常将激光的特性概括为:方向性、单色性、相干性和高强度。激光的发射是以受激辐射为主,而发光物质中大量的发光中心基本上是有组织的,相互联系的。

1.高亮度

光源亮度是指光源表面在单位时间内向垂直于表面方向的单位立体角内所发射的能量。普通光源的亮度相当低。

激光束经透镜聚焦后,能在焦点附近产生几千乃至上万摄氏度的温度,由于激光光源使光能量在时间和空间上高度集中,因而工业上利用激光高亮度的特性,在金属钻孔、焊接、切割、表面热处理、表面氧化等方面的应用近年来有很大的发展。

2.方向性

激光器射出的激光束基本上是沿一条直线传播,能量集中在其传播方向上。光束的方向性是用光束的发散角来表示的。其发散角很小,约为103rad址级。若将激光束射向几千米以外,光束直径仅扩展为几个厘米,而普通探照灯光束直径则已经扩展为几十米。

激光的单向性是由受激辐射原理和谐振腔的方向选择作用所决定的。激光这种良好的单向性可用于定位、测距、导航等。

3.相干性

相干性主要是描述光波各个部分的相位关系。激光具有极好的时间相干性和空间相干性。其中时间相干性是沿光束传播方向上各点的相位关系。空间相干性是垂直于光束传播方向的平面上各点之间的相位关系。光的空间相干性本质上决定于光源各发光点之间有无固定的位相差。激光光源的发光面各点有固定的位相关系,所以空间相干性良好。

4.单色性

从普通光源(如钠灯、汞灯、氪灯等)得到的单色光的谱线宽度约为10-2nm,单色性最好的氪灯(86 Kr)的谱线宽度为4.7 x10-3nm。若从多模激光束中提取单模激光,再采取稳频技术措施,还可以进一步提高激光的单色性。由于激光的单色性极高,几乎完全消除了聚焦透镜的色散效应,使得光束能精确聚焦到焦点上,得到很高的功率密度。这种良好的单色特性,可以作为计量工作的基准光源。例如,用单色、稳频激光器作为光频计时基准,它在一年内的计时误差不超过1us,大大超过原子钟的计时精度。

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