炮弹涂成银白色，就不会被 美国的激光炮击中了吧。

激光破坏表面的主要是有两个作用。一个是通过高温作用，它会对表面的物质进行熔融。另外一个通过高温作用表面的物质会容易和空气中的氧气进行氧化。这两种效应都是可以让他改变颜色的，来达到应效果。

利用持续几皮秒(万亿分之一秒)的超短激光脉冲，劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)研究人员发现了一种激光烧蚀(去除材料)的有效机制，这可能有助于在许多工业激光加工应用中使用低能量、低成本的激光。这项新技术发表在《应用物理学》(Journal of Applied Physics)上，利用短波长、高通量(单位面积能量)激光脉冲驱动冲击波，熔化目标材料。冲击波通过后，熔体层处于张力作用下，这一过程称为弛豫，最终导致材料通过空化(不稳定的气泡增长)喷射出来。

博科园-科学科普：研究人员将实验和增强的计算机模拟相结合，在以前未 探索 的激光能量和波长范围内，研究了皮秒激光脉冲烧蚀铝、不锈钢和硅。发现表明，在每平方厘米10焦耳(J/cm2)以上的紫外(UV)皮秒脉冲可以用比长波长脉冲更少的能量去除更多物质。NIF &光子科学副首席副主任杰夫·布德说：我们发现，这个范围超过每平方厘米10焦耳，特别是对于紫外激光脉冲，与低通量和长波长的表现非常不同。当去除率超过每平方厘米10焦耳时，去除率就会跃升，特别是对于紫外光。

与此同时，去除过程中的跳跃伴随着去除效率的提高——去除给定体积的物质所需能量减少。这对我们来说真的很有趣，这表明这里可能有一个不同的机制。所以皮秒激光消融将提供一个很好的测试案例，在一个尚未被很好理解的状态下探测消融物理。这项研究被认为是对皮秒脉冲激光烧蚀过程的首次全面研究。该研究被《应用物理编辑》选为“编辑之选”，是由Bude领导的脉冲激光材料改性实验室指导研究和开发(LDRD)的一部分。研究人员比较了在0.1 ~ 40j /cm2范围内355纳米(UV)和1064纳米(近红外)激光波长的结果。

发现较短的波长比测量到的1064纳米激光波长的去除率提高了近一个数量级。在三种材料中，激光烧蚀在紫外波长下比近红外烧蚀效率高许多倍。利用辐射流体动力学代码HYDRA进行的模拟表明，烧蚀效率的提高是由于紫外激光脉冲深入烧蚀羽流，并将能量沉积在离目标表面更近的地方，从而导致更高的压力冲击、更深的熔体穿透和更广泛的空化去除。这种去除机制（冲击加热产生熔体，然后通过空化去除熔体）需要的能量比材料的汽化更少，这就是为什么它更有效率的原因。

该论文的第一作者、LLNL分析师韦斯·凯勒(Wes Keller)表示：我们实验室独特的建模和模拟能力确实促进了这一发现，这是一个特别具有挑战性的问题，因为激光能量沉积过程与材料的水动力响应密切相关，需要一个独特的代码，像HYDRA，具有这种综合能力。在某些方面，这项研究是一个将挑战转化为机遇的案例。研究开始后不久，研究人员发现，物质对皮秒激光的反应要比使用更常见的飞秒(千万亿分之一秒)激光复杂得多。当试图理解皮秒激光处理时，用非常短的(飞秒)脉冲得到一些物理简化假设不再可靠。

这种物质不是简单地吸收激光能量并蒸发，而是在激光羽流中演化。这意味着必须对模型进行调整，以同时考虑熔融物质的流体动力学和激光脉冲与烧蚀羽流中的等离子体(电离气体)之间的相互作用。需要正确地模拟激光与等离子体的相互作用，所以我们不得不做很多创造性的实验来弥补模型中的一些不足。最终能够确定这一体系的基本物理性质，发现必须有激波加热才能产生微米深的熔体。然后，当用激波加热创造出这种深熔体后，需要一个机制来移除它，发现这个机制就是空化。

一旦意识到时间形状的脉冲可以利用熔融材料的不稳定性，研究人员就能利用形状脉冲创造出一种更有效去除材料的方法。能够利用这一认识，以一种不同的方式进行激光处理。因此，它实际上有很多附带的好处。结果还表明，皮秒脉冲激光器在成本、效率和损伤控制方面优于常用的飞秒激光器。此外，它们还提供了波长灵活性的有效频率转换选项。有一些迹象表明，在皮秒到几十皮秒(脉冲)的情况下，可以在激光切割、钻孔和剃须功能中获得与更昂贵激光在皮秒以下工作时相同的质量和性能。这一发现将为激光在工业、国防、医药和许多其他领域的应用带来新的或更有效的前景。

博科园-科学科普｜研究/来自: 劳伦斯利弗莫尔国家实验室/Breanna Bishop

参考期刊文献:《应用物理学报》

DOI: 10.1063/1.5080628

博科园-传递宇宙科学之美

单脉冲和多脉冲的区别在于，一个能量连续均匀分散，一个能量集中，分段，作用时间短，各种材料对于能量的吸收都会有个阈值，对于你的这个疑问，我觉得应该可以这样解释：

如果是晶体，每单位质量的晶体，从固态，到液态，到气态，经历融化，沸腾，汽化这样的过程，每个过程都是吸收能量，那整个过程完毕以后，基本上这能量的总量就是你说的烧蚀阈值，那对于激光烧蚀晶体来说，这个能量的提供就来自于晶体对激光的吸收率，也就是说并不是所有的激光能量都被吸收的，比如液态的金属比固态的金属吸收率更高，而单脉冲和多脉冲我想更多的是影响材料对能量吸收率不一样，一般来说多脉冲的单个脉冲能量都是峰值能量高，作用时间短，材料传热吸收快，加热部分的材料还没有来得及进行热量传递，已经迅速加热到汽化温度，进行汽化了

不知道这样的解释，是否满足你的要求，仅供参考

要把人造卫星送入太空，就需要推力很大的宇宙火箭，并且要求火箭的飞行速度达到每秒8公里以上才行。在这样快的速度下，火箭外壳与大气摩擦将会产生上千度的高温。与此同时，当火箭发动机工作时，还要喷出几千度的高温气流，这样一来，火箭尾部就得承受摄氏几千度的高温。一般来说，火箭的外壳是用钛合金、铍合金和铝合金等材料做成的，而这些合金材料很容易传热。要是火箭的外壳直接接触这样的高温，那么火箭外壳的强度将会大大减弱，几千度的高温就很快传到火箭内部，烧坏火箭的各种自动控制仪器和电子元件，火箭也就无法按预定的轨道正常飞行。 为了防止几千度的高温传入火箭内部，使火箭内的各种仪表正常工作，人们想办法给火箭外壳涂上一层又轻又薄的特种涂料——耐烧蚀隔热涂料。涂上这种涂料，就好比给火箭穿上了一件石棉衣服，火箭在大气中飞行就安全无恙了。 大多数涂料是以有机树脂为基料的。它为什么在高温时，会有不燃烧和隔热的性能呢？ 人们通过长期的科学实验，发现只要合成一种含有硅、磷、氮、硼、氯等元素的有机树脂，它就具有耐高温和自熄的特性。如果再在这类耐高温的树脂中，加入一些无机填料（如二氧化硅、云母粉、碳硼纤维等）和升华物质（如氧化硒、硫化汞等），就可以制得一种既耐高温又有良好隔热性能的涂料。 这种特种涂料可以采用一般的涂刷、喷、刮的方法，把它紧密地覆盖在火箭的外壳上。当火箭在大气中高速飞行时，火箭外壳和气流摩擦所产生的热量，使涂层中的升华物质渐渐挥发，与此同时，耐高温有机树脂形成了微孔的碳化层。在这个过程中，虽然涂料表面消融了，但也带走了部分热量。留下的碳化层就好象一道隔热的屏障，把外界大部分热量隔绝掉。 当然，火箭在高速飞行时，气流有可能把这层碳化层冲走，但是涂层的厚度是根据火箭飞行时间，涂料消融速度和涂层的隔热效果设计的。冲走了一层碳化层，它还“后继有人”，下面没有碳化的涂层又开始“赴汤蹈火”，直到火箭完成飞行使命为止。 这种耐烧蚀隔热涂料，除了用于火箭和飞船等航天工具，还可用在飞机发动机的隔热、玻璃钢火箭发射筒的隔热和抗激光穿透等方面。