Пространственно-временные характеристики лазерного излучения, как источника тепла

Основную роль в создании той или иной зоны нагрева, определяющей характер лазерной технологической обработки, играют энергетические параметры — энергия, мощность, плотность потока энергии, а также длительность импульса, пространственная и временная структура излучения, пространственное распределение плотности потока излучения в пятне фокусировки, физические свойства материала.

Распределение плотности потока q как импульсного, так и непрерывного лазерного излучения обычно не постоянно во времени, и в общем случае является функцией пространственных координат (x, y, z) и времени (t ):

Лазерное излучение как источник тепла может иметь резко изменяющиеся пространственно-временные характеристики. Объёмность источника тепла, т. е. зависимость его характеристик от координаты x в глубину тела, определяется свойствами обрабатываемого материала и длиной волны лазерного излучения, при расчётах температурного поля часто идеализируют свойства источника тепла, что приводит к заметным отклонениям расчётных данных от экспериментальных.

В непрозрачных материалах, к которым относятся металлы, ряд полупроводников и диэлектриков, поглощение лазерного излучения происходит в узком поверхностном слое толщиной

где α — коэффициент поглощения, см ⁻¹.

Для типичных металлов при длине волны λ = 1 мкм коэффициент поглощения составляет ∼ 10⁵ ÷ 10⁶ см ⁻¹ и глубина поглощения не превышает 0,1 ÷ 1 мкм. Поэтому в большинстве случаев для металлов и других сильно поглощающих сред лазерное излучение как источник тепла можно считать поверхностным, распределённым по поверхности в соответствии с некоторым законом.