对于特定波长的激光来说,材料4可分为:吸收材料(如金属和大多数半导体对可见光就是吸收的)和透明的介电材料(如玻璃对可见光就是透明的)。

1.对于吸收材料,其中存在大量的自由电子,通过逆轫致吸收过程吸收激光能量。逆轫致是由于电子和离子之间的碰撞引起的,就是在激光场中高频率振荡的自由电子在和离子碰撞时会将其相应的振动能转化为无规则运动能,结果激光能量变成等离子体热运动的能量,材料本身被加热。

2.对透明材料,超短脉冲激光损伤可以有两种方式:雪崩电离和多光子电离.

(1)雪崩电离:在透明材料中,束缚电子的电离势(或称带隙)远大于激光光子能量,一般情况下不能吸收激光,只有为数极少的(来源于金属杂质等) 自由电子(或称种子电子)可通过焦耳加热过程吸收激光能量,当石英晶振种子电子的动能达到或超过束缚电子的电离势时,种子电子与束缚电子发生碰撞,就会使束缚石英晶振电子电离,即产生一个额外的自由电子,这一过程称为自我复制,如果激光能流足够高,那么,自由电子的密度就会像雪崩一样,以指数形式上升,产生雪崩电足够高,那么,自由电子的密度就会像雪崩一样,以指数形式上升,产生雪崩电离。

(2)多光子电离过程:束缚石英贴片晶振电子也可以同时吸收m个光子直接从束缚能级(或称为价带)跃迁到自由能级(或称为导带),条件是m个光子的能量大于等于束缚石英贴片晶振电子的电离势(或称为带隙)。这是一个m阶过程,其吸收界面甚小,只有在极高的激光场强下,多光子电离才能占优势。而长脉冲激光场强较低,多光子电离过程可忽略不计,激光损伤以雪崩电离过程为主,但超短脉冲激光的场强极高,可达到100V/cm2量级,多光子电离占主要地位。