Температура как характеристика процесса поглощения лазерного излучения

Соответствующие времена передачи энергии обратны частотам указанных процессов.

При больших уровнях плотности потока лазерного излучения q > 10⁹ Вт/см² возможно нарушение условия равновесности функции распределения электронов по энергии v_ef ≪ v_ee. В этом случае понятие электронной температуры некорректно, и передача энергии решётке происходит за счёт взаимодействия неравновесных электронов с фононами. При интенсивностях q < 10⁹ Вт/см² условие v_ef ≪ v_ee, как правило выполняется, и электронный газ можно характеризовать температурой Te. Условие v_ep ≪ v_pp также выполняется, поэтому процессы поглощения лазерного излучения в металле характеризуются двумя температурами T_e и T_p.

Для начальных моментов действия лазерного импульса, когда t ≪ τ_ер ≃ 10¹¹ ÷ 10¹² c ⁻¹, характерно запаздывание процесса нагрева решётки металла от электронного газа. Интенсивная передача решётке энергии «горячих» электронов наступает при t > τ_ер, когда разность температур T_e − T_p достигает максимума. В дальнейшем эта разность уменьшается, и при t > 100τ_ер, как правило, выполняется условие (T_e − T_p)/T_e < 0,01, что позволяет пользоваться понятием общей температуры металла T.

Для мощных коротких лазерных импульсов (τ_I ≃ 10 нс, q > 10⁹ Вт/см²) максимальное значение разности T_e – T_p может достигать нескольких сотен градусов, и ею нельзя пренебрегать.

Поглощённая металлом энергия лазерного излучения передаётся от зоны воздействия холодным слоям за счёт теплопроводности. При этом в интервале температур 100–1000 K основным механизмом является электронная теплопроводность, при T > 10⁴ K существенную роль играет лучистая теплопроводность, а при низких температурах T < 100 K основной вклад вносит фононный механизм теплопроводности.