Влияние длины волны.

Не менее важным фактором является зависимость коэффициентов отра­жения и поглощения материала от длины волны. На рис 3 показана относительная доля энергии излуче­ния, поглощаемая различными материалами, в зависимости от длины волны, а на рис. 4 зависимость коэффициента отражения различных металлов от длины волны.

Приведенные на рис. 4 кривые характеризуют количество поглощенной энергии, играющей наиболее важную роль. Потери энергии могут быть связаны с отражением, а в случае неметаллических материа­лов - с частичным прохождением излучения. Поэтому для не­металлических материалов указывается толщина образца. Доля поглощенной энергии зависит от многих факторов, в том числе от чистоты материала и характера обработки поверхности. Так, например, небольшой максимум, наблюдаемый на кривой поглощения кремния в окрестности 9,5 мкм, обусловлен при­месью кислорода в кремнии. Приведенные на рис. 3 данные следует рассматривать как наиболее типичные, а не как универсальные точные значения, пригодные во всех случаях.

Рис. 4. Зависимость коэффициента поглощения различных материалов от длины волны.

А - стекло пирекс толщиной 3.2 мм; В - глиноземная керамика AD-5 (массивный обра­зец);

С - кремний р-типа толщиной 1,68 мм; В - железо (массивный образец).

Рис. 5. Коэффициент отражения различ­ных металлов как функция длины волны.

А - полированное серебро; В - медь; С - алю­миний; D-никель; F-углеродистая сталь.

Рис. 3 помогает выбрать тип лазера, необходимый для резки выбранного материала. Например, стекло и плексиглас обладают высокой прозрач­ностью в видимой и ближней инфракрасной областях спект­ра, и поэтому в них поглощается лишь небольшая часть энер­гии лазера на АИГ с неодимом, но они сильно поглощают излучение на длине волны СО₂ лазера (10,6 мкм), который и следует использовать для резки этих материалов. Указанная особенность характерна для большинства органических мате­риалов (керамика, дерево, кожа и т.п.), которые обладают сильным поглощением в окрестности длине волны излучения СО₂ лазера. У кремния более высокий коэффициент поглощения в ближней инфракрасной области, и он эффективнее поглощает энергию лазера на АИГ с неодимом по сравнению с энергией излучения СО₂ лазера. Кривая для железа типична для всех металлов, имеющих высокий коэффициент отражения в даль­ней инфракрасной области (~10 мкм).

Коэффициент отражения металлов возрастает по мере смещения в дальнюю ИК-область спектра (рис. 5). Для длин волн, пре­вышающих 5 мкм, коэффициенты отражения практически всех металлов превышают 90%. В указанной области коэффициент отражения связан с электропроводностью материала. Металлы с высокой электропроводностью обладают максимальными зна­чениями коэффициента отражения в ИК - области спектра. Так, золото имеет более высокий коэффициент отражения, чем алю­миний, а алюминий в свою очередь имеет более высокий коэф­фициент отражения, чем сталь. В такой же последовательности эти материалы располагаются в зависимости от их электро­проводности.

Таким образом, большое практическое значение имеет правильный выбор длины волны лазера. В области более коротких волн значение величины 1-R существенно выше, чем на длине волны СО₂ лазера. В частно­сти, для стали при λ=1,06 мкм величина 1-R составляет ~0,35, что в семь раз выше, чем при λ,=10,6 мкм. Отсюда сле­дует, что если на поверхность стали падают пучки лазеров на АИГ с неодимом и СО₂ лазеров, имеющие одинаковую интен­сивность, то, в начальной стадии, из пучка лазера на АИГ с неодимом поглощается в семь раз больше энергии. Поэтому во многих случаях контурная резка вы­полняется легче более коротковолновым лазером.