金属吸收激光的机制

    光在材料表面的反射、吸收和透射本质上是光波的电磁场与材料中的带电粒子相互作用的结果。

    金属中存在密度很大的自由电子，自由电子受到光波电磁场的强迫振动而产生次电磁波(次波)。这些次波之间以及次波与入射波相干涉的结果，造成了强烈的反射波和比较弱的透射波，而透射波在很薄的金属表层被吸收。因而金属表面对激光常有较高的反射比。尤其频率较低的红外线，其光子能量较低，主要只能对金属中的自由电子起作用，反射强烈。而频率较高的可见光和紫外线，光子能量较大，可对金属中的束缚电子发生作用。束缚电子的作用将使金属的反射能力降低，透射能力增大，增强金属对激光的吸收。

    由于自由电子数密度大，透射波在金属的一个很薄的表层内被吸收。对于从波长为0.25μm的紫外线到波长为10.6μm的红外线范围的测量结果表明，光在各种金属内的穿透深度只有0.01~0.1μm。上面已经说明，穿透深度等于线性吸收系数的倒数，据此可知金属对光波的线性吸收系数很大，为10⁵-10⁶/cm之间。

    材料吸收激光后，通过激发带电粒子的谐振以及粒子间的互相碰撞，光能转换为热能。整个过程是在很短的时间内完成的。这一总的能量弛豫时间，对于金属的典型值为10^-13s。对于一般激光加工，均可认为材料吸收的激光转换为热能是瞬间完成的。在这一瞬间，热能仅仅局限于材料的激光辐照区。通过随后的热传导，热量才由高温区流向低温区。