برهم کنش لیزر و ماده

برهم کنش لیزر و ماده

لیزرها منابع انرژی منحصر به فردی هستند که با خلوص طیفی ، انسجام مکانی و زمانی و شدت زیاد مشخص می شوند. هنگامی که لیزر با ماده متقابل عمل می کند ، بسته به خصوصیات ماده (به عنوان مثال ترکیب ، خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی و نوری) و پارامترهای لیزر می تواند بازتاب ، پراکندگی ، جذب یا انتقال داشته باشد. انرژی لیزر ، طول موج ، انسجام مکانی و زمانی ، زمان قرار گرفتن در معرض / مدت زمان پالس ، و غیره پارامترهای اصلی تأثیرگذار در تعامل لیزر و ماده هستند.

لیزر اساساً از طریق انتقال انرژی و تحریک با الکترونهای موجود در ماده برهم کنش می کند. الکترون های آزاد انرژی را جذب می کنند و شتاب می گیرند ، در حالی که الکترون های متصل در صورت مطابقت فوتون های لیزر با انرژی باند گام اتم ها ، به سطوح بالاتر انرژی تحریک می شوند. این انرژی جذب شده بعداً توسط الکترونهای برانگیخته / شتاب زده به عنوان تشعشع الکترومغناطیسی آزاد شده و یا به صورت انرژی گرمایی در شبکه پخش می شود.

انواع مختلف فعل و انفعالات لیزر با ماده کاربردهای مختلفی پیدا کرده است. با این حال ، این فصل بر روی پلاسمای ناشی از لیزر متمرکز است ، که در درجه اول ، نتیجه جذب انرژی لیزر در مواد است. برهم کنش لیزر برای مواد مختلف متفاوت است.

در فلزات ، تعداد زیادی الکترون آزاد در دسترس است. انرژی لیزر این الکترونها را به انرژیهای مختلف تحریک می کند. تحریک الکترون های آزاد به عنوان افزایش انرژی جنبشی آنها در نظر گرفته می شود. با برانگیختن الکترونهای آزاد ، سرعت برخورد افزایش یافته و انرژی از الکترونهای آزاد تحریک شده به تلفنهای مشبک منتقل می شود.

از آنجا که نیمه هادی ها و مقره ها الکترون آزاد بسیار کمی دارند ، لیزر با الکترونهای مقید در پوسته های اتمی / یونی برهم کنش می کند و جفت های الکترون-سوراخ ایجاد می کند. تولید جفت الکترون-سوراخ به انرژی فوتون لیزر بستگی دارد. اگر با بند باند ماده "Eg" مطابقت داشته باشد ، یعنی اختلاف انرژی بین بالاترین سطح در باند ظرفیت و پایین ترین سطح در باند هدایت ، یک جفت الکترون-سوراخ ایجاد می شود. اگر کمتر از Eg باشد ، فوتون ممکن است در حالت ارتعاشی ، تحریکات الکترونیکی درون باند کم انرژی را جذب یا ایجاد نکند.

در دی الکتریک ها ، انرژی لیزر باعث یونیزاسیون و آزاد شدن الکترون های درون ماده می شود. هنگامی که الکترونهای آزاد در دسترس هستند ، یونیزاسیون تصادفی شروع می شود که به آن یونیزاسیون ضربه یا بهمن می گویند. یک ابر یون متراکم در نزدیکی سطح تشکیل می دهد که برای لیزر مات است و قسمت بعدی نبض لیزر را جذب می کند. در سرامیک های متراکم ، پدیده برهم کنش لیزر همانند دی الکتریک ها است. با این حال ، در سرامیک های متخلخل ، لیزر بیشتر به دلیل توزیع تصادفی اندازه ذرات پراکنده می شود.