Оптические свойства материалов. Температурная зависимость поглощательной способности металла. Окраска кристаллов, страница 4

Таблица 10.2.

Коэффициенты аппроксимации уравнения (10.23)для длины волны

λ = 10,6 мкм

Для большинства металлов температурная зависимость поглощательной способности аппроксимируется линейным уравнением вида

                                                                              (10.23)

где А₀ и А₁ – коэффициенты линейной аппроксимации; Т – температура в градусах Кельвина.

В таблице 10.2. представлены значения коэффициентов аппроксимации для ряда сверхчистых металлов.

Оценка поглощательной способности металла необходима при лазерной обработке. Установлено, что повторное лазерное воздействие или повторный нагрев металла приводит к изменению его поглощательной способности в результате изменения шероховатости, химического и фазового состава поверхности. В большинстве случаев повторный нагрев приводит к снижению поглощательной способности металлов. На рис. 10.2 представлено изменение коэффициента поглощения при лазерном нагреве алюминиевого образца, поверхность которого была получена механической лезвийной обработкой.

Рис. 10.2. Зависимость температуры на коэффициент поглощения алюминия при лазерном воздействии λ = 10, 6 мкм: 1 – нагрев исходной мишени; 2 – повторный нагрев; 3 – троекратный нагрев.

При переходе металла в жидкое состояние изменяется число электронов проводимости на один атом, плотность металла и удельное электрическое сопротивление. В соответствии с этим в точке плавления наблюдается скачек поглощательной способности металла в 1,5…2,0 раза. С дальнейшим повышением температуры поглощательная способность жидкого металла линейно возрастает. На рис. 10.3 представлены кривые изменения коэффициента поглощения при температуре плавления.

  Рис. 10.3. Изменение коэффициента поглощения при температуре плавления:

1 – свинец; 2 – алюминий; 3 – серебро.

При облучении металлов мощным лазерным импульсом вблизи точки плавления поглощательная способность скачком возрастает до значений, значительно превышающих тех, которые имеют место при воздействии световых волн средних мощностей. Обнаруженный эффект получил название «аномального» поглощения. Физика  этого явления достаточно изучена и объясняется комплексом процессов, связанных с термодеформациями поверхностных слоев, развитием резонансных периодических структур, образованием плазмы и передачи тепла из металлической мишени приповерхностной плазме.

10.4.  Экспериментальное определение оптических

свойств металлов

Схема экспериментальной установки для одновременного измерения поглощательной и отражательной способности металла представлена на рис. 10.4, принцип работы которой состоит в следующем. Излучение непрерывного лазера 1 фокусируется на металлическую пластину 6, размещенную  в воздухе  вблизи  отверстия  в  стенке фотометрической сферы 7.

Рис. 10.4. Схема экспериментальной установки для  одновременного измерения поглощательной и отражательной способности металлических пластин:  1 - непрерывный лазер; 2 – делитель; 3 – калориметр; 4 – механический модулятор; 5 – линза; 6 – металлическая мишень; 7 – фотометрический шар; 8 – дисперсионный фильтр; 9 - пироэлектрический детектор; 10 – селективный усилитель; 11 – термопара; 12 – RC-цепочка; 13 – усилитель; 14 – многоканальный осциллограф; 15 - сопло

Угол между лазерным лучом и нормалью к поверхности металлической мишени при этом не должен быть более 20⁰, а диаметр сферы не менее 100 мм. Внутренняя поверхность сферы покрыты тонким слоем металла, имеющего высокую отражательную способность. Отражательная способность металлической мишени регистрируется чувствительным фотоприемником, сигнал которого через селективный усилитель 10 подается на один из каналов осциллографа 14. Мощность лазерного излучения измеряется калориметром 3, а температура мишени термопарой 11, сигналы которых после соответствующей обработки также подаются на осциллограф.