纳秒脉冲激光与物质相互作用原理

激光通过单光子或多光子激发，将光子能量传递给电子，假如电子能量立刻耦合给晶格，光子能将转化成热能，导致样品温度上升。温度的上升可能会使样品的物理化学性质发生变化，如光学汲取系数等的转变，反过来又会影响到样品对光的汲取。热作用可以使样品通过熔化、汽化等方式去除材料。样品温度上升还可能使样品内部产生应力，当应力足够大时，通过爆炸形式也可以去除材料。应力也会影响光学性质，进而影响到样品温度。样品内部温度上升也可能在样品内部产生各种缺陷，缺陷也会反过来影响到样品的光学性质，进而影响到样品温度。温度变化、样品的物理化学性质转变、内部应力变化相互作用影响，完成了热作用去除材料的整个过程。同时由于热作用的影响，在加工区域四周会产生飞溅物，影响加工结构的光滑度；加工区域四周也会由于高温的影响，消失和原有材料结构不同的热影响区域，热影响区域的结构和状态因材料不同而有所差别。当光子能量足够高时，激光光子可能会使样品的化学键直接断裂掉，即发生光化学作用过程，使局部区域的体积快速膨胀“爆炸”，原子或其他基团直接脱离样品表面，达到快速去除材料的目的。在纯光化学作用中，由于作用时间特别短,样品温度变化几乎可以忽视不计。与上述热作用去除一样，光化学作用也可能在样品内部产生缺陷、应力等，这些缺陷、应力反过来影响到光化学作用，进而影响到材料去除的效果。