2011激光与物质相互作用第一讲(序论)

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1、激光与物质相互作用秦应雄博士副教授电话：027－87541774（办公室）18971281421Email：qyx@hust.edu.cn大学本科课程-2011Laser-MatterInteraction朱海红博士教授电话：027－87544774（办公室）13016467839Email：zhuhh@hust.edu.cn序论二、激光与物质相互作用的发展三、课程相关信息一、激光与物质相互作用概述一、激光与物质相互作用概述激光熔覆系统与工艺平行的单色的相干的高功率密度非接触无磨损高精度a)激光激活介质(气体,固体或半导体)b)激励源(泵浦灯,半导体或放电激励)c)光学谐振腔(全反和部

2、分反射镜)发散的多色的不相干的电灯泡激光束LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation（LASER）辐射受激发射光放大（激光）c)c)b)a)产生特性优势激光是一种能在空间上和时间高度集中的电磁波。1.1激光与物质相互作用定义激光束投射到物质表面（或内部）时，部分能量被反射，部分被吸收，部分被传递出去，光能以电子和原子的振动激发形式被吸收，从而发生能量的转移与传递，能量转移与传递引起各种物理、化学和生物等效应与过程，从而由此引出了很多新的应用。什么是激光与物质相互作用？1.2激光与物质相互作用内涵(1)激光束（能量光电子）(a)激

3、光的特性(b)激光的参数描述(c)激光的选择(2)投射过程(a)激光束的空间特性(b)传输与聚焦方式(3)作用对象：物质(a)物质类型：透明、不透明金属、非金属熔凝材料、等离子体、生物组织等(b)物质特性：光学特性：反射、透射、吸收等热学特性：比热容、热传导率、热扩散率等(4)能量转移和传递过程(a)转移过程：光能转化热能光能直接作用在微观粒子上(b)传递过程：热传导、对流、传质(5)神奇的效应（a）物理效应：升温、相变、熔化、气化激光诱导化学反应(b)化学效应：(c)生物效应：光动力、光去除(d)激光等离子体(e)超强超快激光作用(6)产生的应用（a）激光材料加工：热处理、焊接、切割

4、、打孔等沉积薄膜、纳米材料(b)激光制备新材料：(d)激光军事应用：高能武器、核聚变等(e)激光生物医学：美容、手术、诊断、生物学等(f)激光光谱、激光探测等微纳制造、探索微观结构(c)超强超快激光：物理化学生命科学技术激光微量元素检测光谱相干控制激光冷却激光催化飞秒化学标准确定光学信号处理激光视力测试激光美容激光手术材料加工通讯技术时间同步牙科应用激光与物质相互作用是激光应用的重要基础。1.2为什么学习激光与物质相互作用(a)激光应用基础(b)--激光技术的发展发光前发光后1.受激辐射2.调Q、锁模、倍频等技术的发展都是光与物质相互作用的结果。激光与物质相互作用的成果可以促进激光器件

5、技术的发展。(c)—课程体系的延续几何光学物理光学激光原理与技术激光器件与设计激光与物质相互作用激光工程试验激光光谱(d)—激光及激光应用与诺贝尔奖1964：量子电子学、微波量子振荡器、激光美国的汤斯、苏联的巴索夫和普洛霍洛夫美籍荷兰人的布洛姆伯根、美国的肖洛,瑞典的西格班1981：激光光谱学与电子光谱学1997：激光冷却、捕获原子美籍华人朱棣文、美国的菲利普斯、法国的塔罗基1999：化学反应飞秒光谱学仲冬平，我校85届激光物理专业毕业生，2009年度华人物理学会“杰出青年研究奖”。(d)—激光及激光应用与诺贝尔奖（2）1.3课程研究对象重点关注：激光与物质相互作用过程中所发生的能量转

6、换以及所引起的各种力学、物理、化学和生物效应等基本物理过程。二、激光与物质相互作用的发展高强度激光束在加热金属材料的过程中，会产生温升，相变，熔化，汽化，热压缩激波，蒸汽喷射，等离子体膨胀，波冲击等复杂的物理现象，应用不同的物理现象可是实现不同的激光加工应用。2.1激光升温与相变应用（1）轧辊激光表面相变硬化钢轨激光表面强化激光照射材料材料反射与吸收温度快速升高奥氏体转变快速冷却马氏体转变2.1激光升温与相变应用（2）硅退火工艺原理图大尺寸多晶太阳电池板装置准分子激光退火及再结晶后形成的高度有序的多结晶硅层太阳能应用2.2激光熔化a.热导焊基本原理（低功率密度）b.激光深熔焊原理（高功

7、率密度）激光熔化焊接应用汽车安全气囊金刚石锯片金刚石钻头2.3激光气化及应用（1）激光照射材料材料反射与吸收温度快速升高材料熔化气化激光烧蚀材料去除2.3激光气化应用（2）CuttingdirectionAssistantgasnozzleSpacebetweennozzle&workpieceMeltmaterialCuttingslotGasflow2.4激光化学与立体光造型激光化学：激光携带着高度集中而均匀的能量，可精确地打在分子的键上，