Cause e effetti del basso assorbimento dei laser a infrarossi su materiali altamente riflettenti
Laser a infrarossisono ampiamente utilizzati nella lavorazione dei metalli, ma per materiali altamente riflettenti come rame, alluminio, oro e argento, il tasso di assorbimento è generalmente basso.Il basso assorbimento influenza direttamente l'efficienza dell'accoppiamento dell'energia laserIn seguito vengono spiegati i fenomeni basati sulle caratteristiche del materiale, sui parametri del laser e sui meccanismi di interazione ottica.
I. Proprietà ottiche dei materiali altamente riflettenti
I materiali altamente riflettenti hanno un'elevata concentrazione di elettroni liberi e le loro superfici mostrano un'elevata riflettività nella gamma delle lunghezze d'onda infrarosse.La riflettività superficiale è determinata principalmente dall'indice di rifrazione complesso del materiale, in cui le parti reali e immaginarie relative alla conduttività elettrica dettano il comportamento di riflessione e assorbimento all'interfaccia.la riflettività del rame e dell'alluminio può superare il 90%L'energia del laser non può quindi essere depositata efficacemente nel materiale.
II. Caratteristiche delle lunghezze d'onda dei laser a infrarossi
La lunghezza d'onda dei laser a infrarossi si trova nella zona di risposta di assorbimento debole degli elettroni liberi metallici.Significa che l'energia ottica decade elettromagneticamente all'interno di uno strato superficiale molto basso.Nel frattempo, l'energia fotonica della luce infrarossa è bassa e non può indurre un forte accoppiamento elettromagnetico.riduzione dell'efficienza di interazione tra il laser e la superficie metallica.
III. Influenza dell'angolo di incidenza del laser e della polarizzazione sull'assorbimento
L'angolo di incidenza e lo stato di polarizzazione alterano il comportamento di riflessione all'interfaccia.mentre la luce P-polarizzata può raggiungere una minore riflettività ad angoli specificiTuttavia, nelle applicazioni pratiche di saldatura, pulizia o marcatura, è difficile mantenere una direzione di polarizzazione stabile, quindi l'assorbimento complessivo rimane basso.
IV. Influenza delle condizioni della superficie del materiale sull'assorbimento
La rugosità della superficie, lo spessore del film di ossido e la contaminazione influenzano la dispersione e l'assorbimento dell'energia laser.
Gli strati di ossido possono aumentare l'assorbimento del rame nella gamma infrarossa.
Le superfici ruvide consentono una moltiplicata dispersione, aumentando l'assorbimento efficace.
Tuttavia, nella fase iniziale di lavorazione dei materiali lisci altamente riflettenti, l'assorbimento rimane significativamente basso.
V. Effetti del basso assorbimento sulla trasformazione
Difficoltà di accoppiamento dell'energia: l'energia laser non può essere depositata in modo efficace, con conseguente insufficiente penetrazione della saldatura o bassa efficienza di marcatura.
Aumento del rischio di riflessione: un'elevata riflettività può causare il ritorno del laser, potenzialmente danneggiando i componenti ottici interni della sorgente laser.
Finestra di processo più ristretta: l'elaborazione diventa altamente sensibile alla potenza, alla posizione di messa a fuoco e alla velocità di scansione, portando a risultati instabili.
Difficile fusione iniziale: all'inizio della lavorazione, il basso assorbimento impedisce la formazione stabile di pozzi di fusione, che richiedono una maggiore densità di energia.
VI. Metodi per migliorare l'assorbimento del laser a infrarossi su materiali altamente riflettenti
Aumentare la densità di potenza: ridurre la dimensione del punto o aumentare la potenza di picco per rafforzare l'accoppiamento energetico iniziale.
Utilizzare processi laser modulati (ad esempio, impulsi MOPA): l'elevata potenza di picco degli impulsi può riscaldare rapidamente la superficie del materiale e ridurre la riflettività.
Pre-trattamento superficiale: l'assorbimento può essere migliorato con la rugosità, il sabbiamento, la pulizia o l'ossidazione controllata.
Utilizzare forme d'onda variabili o laser multi-modo: larghezze e frequenze di impulsi differenti migliorano la stabilità dell'assorbimento.
Utilizzare laser blu o verdi al posto dell'infrarosso: i laser a luce visibile hanno un assorbimento significativamente più elevato su rame, alluminio e materiali simili, a seconda delle esigenze dell'attrezzatura.