超短脈衝激光微細加工技術（簡體書）

到達熱平衡后，能量的空間分布以溫度包絡為特征，而材料的光吸收狀況又使得溫度梯度存在。在這種條件下，通過電子漂移或經過晶格一晶格耦合熱量向周圍進一步擴散，熱擴散時間取決有材料的熱擴散特征長度（6）和熱擴散系數（D）即，其數值為10—11s量級。當材料中沉積的能量足夠多時，將逐步到達其熔點溫度，從而發生從固態到液態的相態轉變。正常熱熔化通過液相的形核和生長非均勻性地發生，使得相態邊界逐步從液相朝固相推進。由于固一液相態界面移動速度的上限應為聲速水平，因此熔化一層固體材料需要相當長的時間。
由上述內容可以看出，熱平衡時間將整個激光燒蝕過程區分為非熱熔過程和熱熔過程，如果將激光脈沖作用的時間設為，會出現不同的幾種情況。
即激光脈沖寬度可與熱擴散時間相比或者更長，如連續、準連續或Q開關脈沖激光情形。由于在脈沖和材料相互作用的周期內同時包含了光能的吸收沉積、電子—晶格耦合以及晶格—晶格耦合等多種熱弛豫和熱擴散過程，從而使得材料在周期脈沖時間范圍內，一方面通過不斷吸收光子獲得持續增多的受激電子和能量；另一方面，受激電子儲存的能量又將通過聲子的形式轉移，轉化最終通過熱能形式對材料實現熔化、汽化、修復和去除。同時由于熱傳導的影響，熱能向周圍環境進行大范圍的擴散，最終造成作用區域邊緣狀態的嚴重熱影響和熱損傷。
上述情況的特點是加工處理的本質起源于入射光子—受激電子—聲子轉化而成的熱能，材料通過固態—液態—氣態的三相熱熔過程得以逐步去除，并且熱擴散過程會影響加工處理的質量，其加工過程如圖3—3（a）所示。另一方面，由于激光脈沖較長的持續時間降低了其相應的峰值功率，從而使得電子的受激過程只能依賴于單個人射光子的共振吸收，使得可加工材料的范圍受到限制，影響其加工的范圍和精度。
即激光脈沖寬度遠小于材料中的電子—聲子耦合時間，這表明在激光整個持續時間內，僅需考慮電子吸收入射光子的激發和儲能過程，而電子溫度通過輻射聲子的冷卻以及熱擴散過程均可以忽略。在這一領域內，激光與物質的作用實際上被“凍結”在電子受激吸收和儲存能量的過程，在根本上避免了能量的轉移、轉化以及熱能的存在和熱擴散造成的影響。