Лазерные технологии
2. Процессы передачи энергии лазерного излучения металлам Характерные частоты взаимодействия
Скачать Содержание

Характерные частоты взаимодействия


Рассмотрим последовательно оценочные выражения для частот взаимодействия νef, νee, νep, νpp, соотношения между которыми определяют характер процессов, происходящих в металлах при поглощении света.

Частоту столкновений электронов с фотонами можно оценить с помощью соотношения

(2.5)

где αq0 — мощность, поступающая от света в единицу объёма металла в поглощающем слое толщиной d = α −1,  — энергия кванта, n! — концентрация электронов, участвующих в поглощении света.

Поскольку для лазерного излучения видимого диапазона и в ближней инфракрасной области выполняется условие  ≫ kTe, то в поглощении участвуют лишь электроны с кинетическими энергиями в интервале вблизи энергии Ферми. Тогда , где n ≃ 5·1022 см −3 — концентрация свободных электронов в металле.

Проводя, например, оценку для излучения рубинового лазера ( = 1,67 эВ) и принимая α = 106 см −1, из (2.5) получаем νef = (1,5 ÷ 3,0)·102q0, c −1, где q0 — плотность потока лазерного излучения на поверхности облучаемого металла (Вт/см2).

Поскольку в перераспределении энергии в электронном газе участвуют лишь электроны с кинетическими энергиями в области тепловой размытости ступеньки функции распределения Ферми, то частота электрон-электронных столкновений оценивается по формуле Резерфорда для соответствующей концентрации заряженных частиц

(2.6)

где υF — скорость электрона на поверхности Ферми, σее — резерфордовское сечение для рассеяния электронов на электронах, кТе — область температурной размытости функции Ферми.