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摘要：通过对激光与非金属物质相互作用原理的研究，说明了激光对非金属作用是击穿非金属物质表面的物理过程，通过对此过程的研究，能够体现激光在各个行业的重要意义和价值。
关键词：激光；非金属；相互作用
本文引用格式：黄庆举.激光与非金属相互作用的研究进展[J].教育现代化，2019，6（28）：147-148.
在60年代初，激光就被运用到医学领域中，1996年，日本的DAVIS教授首次利用激光技术成功的在玻璃材料上写入光波导，哈佛大学的Mazur教授所领导的小组利用激光在透明材料中进行了高密度的三维存储。之后的几年里，人们更是在激光上加大了探索，从对金属的相互作用发展到与非金属物质的相互作用中，从各个方面都证实了激光是一款优秀的材料加工工具。因为地球上多数生物软组织与体液的含水量平均高达85%，有的甚至达到98%，这跟之前的激光与金属物质相互作用所得出的结论与实验结果不相符合，在之后的染料激光中，激光在对液态物质作用中更是出现了很多问题。但是通过大量学者对激光与液态物质相互作用等方面的研究并不断的试验，终于在这方面做出了很大的突破。
激光与非金属相互作用的过程一直是激光应用研究中心所关注的问题。激光与气态、固态物质相互作用的理论研究在国际上起步算是比较早，发展至今已经有了很大的进步，与之相对应的理论体系也比较完善，在激光应用过程中得到广泛的运用与认可。激光在一定物质介媒下相互作用的研究，被当作教材的不仅仅只是涉及到金属物质，更涉及到非金属物质材料中，例如半导体、光学薄膜等等。
一 激光与光学中非金属材料的相互作用
激光通常会直接照射到材料的表层，其中还有一部分激光由于材料不能吸收会被反弹，还有一部分会被激光的材料吸收，另外的一部分激光就被留在材料内做投射作用。所以学者希望通过分析激光在光学非金属材料作用中的反应找到规律，将规律运用到实际生活当中，试着将激光技术运用得更加广泛。
非金属材料与金属材料的性质不同、对于激光的吸收和相互反应也不同，非金属材料对于激光的反射感应较低，但是吸收强，而且非金属材料的内部结构也决定了它对激光波长所存在的选择性。
绝缘体与半导体材料在不受作用时是仅仅有束缚电子的存在，而束缚电子本身是具有固定的频率，其中电子跃迁的能量变化是当入射光波频率等于或者接近于材料内束缚的电子自身频率时，束缚电子之间会发生谐振，并辐射出微波，两者之间会形成较弱的反射波与较强的透射波相互作用着。而在谐振附近，非金属材料的吸收指数与反射指数都比以往增长很多，会出现反射与吸收的最高峰。
一般来说，半导体是具有很多个谐振点的，刚这多个谐振点通过激光反应，最后再进入到谐振点周边环境的膨胀，最终就会产生部分反应。当激光照射进半导体时，半导体发生反应就会吸收部分激光中所含有的跃迁分子，这部分跃迁分子会被带到导带中，根据电子的跃迁产生反应。直接跃迁与间接跃迁在最小光子能量中的禁宽度的能量要求是一样的。当跃迁份子互相作用就会产生大量的载流子基数，这些载流子基数会反过来影响非金属物质的吸收。半导体的宽度会根据可见宽度进行调节。
学者通过对石英晶体和硅晶体的数据分析与大量的操作实验，根据这两种最具有典型代表的非金属材料的反应，不难看出，石英晶体和硅晶体的吸收系数会根据激光波长的不同为做出不同的变化。这两种材料都会通过有声子耦合效应形成一条一致的规律。当波长变短时，激光光子能量大于禁带宽度时，所吸收的系数就会加倍的增加，而处于中间段的波段，吸收就相对比较弱。反射比也与吸收的比值有着同样的趋势。
有一些材料在一定波段的吸收系数比较低，例如氯化钠等等，当这些材料被激光所照射一定时间后，除了材料会通过表面隔离掉部分激光之后，大部分的激光还是会被材料本身所吸收，通过的激光能量将不再被材料所吸收，最后会通过其他材料再反射为其他作用，被反射的激光会作用在这些波段中，这些对于激光能量有透射作用的材料，一般是用在需要具有高功率激光的输出窗口。
大部分的半导体材料对于部分的光源是不存在透明的，但是红外光却不会被任何半导体材料拒绝，在红外线光区只存在比较弱的吸收分子。部分半导体材料对于激光的作用是分区域吸收。一些固体有机物在红外线区域强烈吸收，但是在波长比较短的光线下是透明的，例如现在的有机玻璃材料以及新上市面的新型材料。
非金属材料在经过激光的照射中，会吸收激光所产生的能力并直接转化为热能量，通过热量的传导在非金属物质中扩散开，进而形成温度场，这温度最后就会让非金属材料的物质发生性质上的变化。同时，激光加热温度时，会让非金属物质材料表面的温度升高，当温度达到非金属物质本身的熔点时，会导致非金属出现融化迹象，一旦出现这种情况，说明热传导传输慢。
学者通过激光熔融模型试验，对激光与光学非金属材料相互作用做出分析，当激光穿透过材料表面，材料开始会有一定规律的变化，而一旦其表面温度达到一个熔点之后，熔化前的等温面就会以一定的速度向材料内部传递，激光的传播速度大部分取决于激光自身的功率以及材料的自身情况，等非金属材料温面传播最大的距离最终就会成为熔化深度，该物理量是激光对非金属物质进行焊接的最重要的参数之一，学者们为了能够让问题可以简易通俗，试着在激光加热熔化时保持非金属物质材料的热特性不变，激光的强度稳定且均匀地作用在非金属物质材料的表面，熔化区也均匀地出现在这一平面上。事实证明是，激光对光学中非金属物质的作用是有效的。
二激光与固体透明介质相互作用
当材料的激光密度不够高时，激光作用区就会将材料所吸收的热能和激光自身原本引起的外来冲击相结合，再从内向外的进行膨胀。虽然材料对激光有所反应，并会做出该有的激光效果，却并不能够自行反应，很多时候需要靠外界进行一些自我分解，又或者是通过外界的力量加大自己的力量。但是每一部分都不能够自己自由的膨胀，需要借用外来力量。因为物质内每个部分都相互制约，这就是所谓的激光与透明介质的弹性应力。
在对光致热弹性应力的研究，学者们对激光与固体透明介质做出了假设，假设激光在固体透明介质在聚集区的外部发生了吸收反应，学者将聚集区作为一个理想化的球体形状，当激光经过球体时，会导致激光所产生的能量会被固体透明介质全方位的吸收。但是激光实际作用在固体透明介质中时，区域所呈现的是一个锥形，所以这个假设并不能够成立。但是学者们认为可以将这个椎体细分化，视为多个理想球体。这样，激光与固体透明介质相互作用的原理就更能被大家所接受。
当激光的功率够大时，介质在传播时就会不规律。例如一束平行光在介质中可能有的聚点，这种没有通过透镜作用所产生的光束最终就会聚集形成强激光的聚焦。这个时候材料也会呈现出一种非线性变化。在强激光下物质也会随着激光的振幅发生一定的改变。通过经典的光学折射表达式，不难看出光场的感应折射是与激光有关的。
所谓的聚焦，就是光学的利用透镜进行的，其实质也就是激光通过辐射导致广播波面变形，最后聚透镜让光波薄面的中间产生了延迟，并有很大的波面弯曲，让分散的光束聚集。通过光束的聚集最后让激光作用在固体透明介质中，固体透明物质内部发生改变并不断向外拓展、膨胀并与外界媒介发生一系列的反应，最终改变了固态透明介质的作用与机理。
三 结束语
通过以上的介绍，激光与非金属物质的相互作用阐述了激光与各个非金属物质之间的机理和作用，不难看出激光与非金属物质之间的相互作用的研究对于社会上的各个行业领域都具有很高的参考价值，例如医学、信息领域、通讯领域等等。就像晶体中的多光吸收能够激发转换光在波长激光技术、红外线技术以及成像技术上的应用。激光与非金属物质材料的相互作用能够产生的特殊现象，是具有很高的实际应用价值的，这些应有价值最后将会被学者们用来造福人类，学者们将会将激光与各种物质材料的反应做出对比分析，并将所研究出的成果运用到实际中。随着研究者不断的深入了解，相信很快激光与非金属相互作用将会与金属相互作用一起启发并进，为社会做出更多的贡献。
参考文献
[1]郑崇．飞秒激光内加工三维空腔微结构技术研究[D]．北京工业大学，2016.
[2]邱荣．强激光诱导光学元件损伤的研究[D]．中国工程物理研究院，2013.
[3]李干．激光辐照下纤维复合材料的热-力学效应[A]．中国力学学会爆炸力学实验技术专业组.
[4]第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C]．中国力学学会爆炸力学实验技术专业组：安徽省力学学会，2010：5.
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