أسباب وآثار انخفاض امتصاص أشعة الليزر تحت الحمراء على المواد العاكسة
الليزر تحت الحمراءتستخدم على نطاق واسع في معالجة المعادن ، ولكن للمواد العاكسة للغاية مثل النحاس والألومنيوم والذهب والفضة ، فإن معدل الامتصاص منخفض بشكل عام.انخفاض امتصاص يؤثر مباشرة على كفاءة ربط طاقة الليزر، واستقرار المعالجة، ونوافذ العملية الشاملة. فيما يلي يتم شرح الظواهر على أساس خصائص المواد، ومعلمات الليزر، وآليات التفاعل البصري.
الخصائص البصرية للمواد العاكسة للغاية
تحتوي المواد العاكسة للغاية على تركيز عالٍ من الإلكترونات الحرة ، وتظهر أسطحها انعكاسية عالية في نطاق طول الموجة الأشعة تحت الحمراء.تعتمد انعكاسية السطح بشكل رئيسي على مؤشر الانكسار المعقد للمادة، حيث أن الأجزاء الحقيقية والخيالية المتعلقة بالقيادة الكهربائية تملي سلوك الانعكاس والاستيعاب في الواجهة. لأطوال الموجات تحت الحمراء (مثل 1064 نانومتر أو تحت الحمراء القريبة) ،انعكاسية النحاس والألومنيوم يمكن أن تتجاوز 90%، مع معدلات امتصاص فقط حوالي 3٪ إلى 7٪ ، لذلك ، لا يمكن إيداع طاقة الليزر بشكل فعال في المادة.
II. خصائص طول الموجة لليزر تحت الحمراء
طول الموجة من الليزر تحت الحمراء يقع في منطقة استجابة امتصاص ضعيفة من الإلكترونات الحرة المعدنية.مما يعني أن الطاقة البصرية تتحلل كهرومغناطيسياً داخل طبقة سطحية ضحلة جداً، مما يؤدي إلى امتصاص فعال محدود. في الوقت نفسه، طاقة الفوتون من الضوء تحت الحمراء منخفضة ولا يمكن أن تحفز الاقتران الكهرومغناطيسي القوي،تقليل كفاءة التفاعل بين الليزر والسطح المعدني.
III. تأثير زاوية حدوث الليزر والقطبية على الامتصاص
تغير زاوية الإصابة وحالة الاستقطاب سلوك الانعكاس في الواجهة. الضوء المستقطب S له انعكاس أعلى على الأسطح المعدنية،بينما الضوء المقطب P يمكن أن يحقق انعكاس أقل في زوايا محددةومع ذلك ، في تطبيقات اللحام العملية أو التنظيف أو العلامة ، من الصعب الحفاظ على اتجاه الاستقطاب المستقر ، لذلك يبقى امتصاص الكلي منخفضًا.
IV - تأثير ظروف سطح المواد على الامتصاص
تؤثر خشونة السطح، وسمك فيلم الأكسيد، والتلوث على تشتيت وامتصاص طاقة الليزر. تشمل الأمثلة:
طبقات الأكسيد يمكن أن تزيد من امتصاص النحاس في نطاق الأشعة تحت الحمراء.
السطوح الخام تسمح بالانتشار المتعدد، مما يزيد من امتصاصها الفعال.
ومع ذلك ، في مرحلة المعالجة الأولية للمواد الناعمة عالية الانعكاس ، لا يزال الامتصاص منخفضًا بشكل ملحوظ.
V - تأثيرات انخفاض الامتصاص على المعالجة
صعوبة ربط الطاقة: لا يمكن إيداع طاقة الليزر بشكل فعال ، مما يؤدي إلى عدم كفاية اختراق لحام أو انخفاض كفاءة العلامة.
زيادة خطر الانعكاس الخلفي: يمكن أن تسبب الانعكاسية العالية عودة الليزر ، مما قد يضر بالمكونات البصرية الداخلية لمصدر الليزر.
نافذة عملية أضيقة: تصبح المعالجة حساسة للغاية للطاقة وموقف التركيز وسرعة المسح ، مما يؤدي إلى نتائج غير مستقرة.
صعوبة الذوبان الأولي: في بداية المعالجة ، يمنع انخفاض امتصاص تكوين بركة ذوبان مستقرة ، مما يتطلب كثافة طاقة أعلى.
VI - طرق لتحسين امتصاص الليزر الأشعة تحت الحمراء على المواد العاكسة للغاية
زيادة كثافة الطاقة: تقليل حجم النقطة أو زيادة طاقة الذروة لتعزيز ربط الطاقة الأولية.
استخدام عمليات الليزر المعدلة (مثل نبضات MOPA): يمكن أن تسخن قوة الذروة العالية في النبضات بسرعة سطح المادة وتقلل من الانعكاسية.
المعالجة المسبقة للسطح: يمكن أن يزيد من امتصاص الماء عن طريق التجريف أو الرملية أو التنظيف أو الأكسدة المسيطرة.
استخدام أشكال الموجات المتغيرة أو الليزر متعددة الأوضاع: يزيد عرض النبضات والترددات المختلفة من استقرار الامتصاص.
استخدم الليزر الأزرق أو الأخضر بدلاً من الأشعة تحت الحمراء: ليزر الضوء المرئي لديه امتصاص أعلى بكثير على النحاس والألومنيوم والمواد المماثلة ، اعتمادًا على متطلبات المعدات.