激光加工是利用激光与物质相互作用的特性，将激光束聚焦到细小的空间，利用高密度的激光能量，对材料实施加工。因此，激光加工工艺研究的基础是激光与物质相互作用研究。
在激光加工中，非常关注辐照到工件上的激光能量有多大份额被工件吸收，这个份额通常被称为能量耦合系数。考虑到激光切割和焊接的工件大部分是金属，本文主要介绍金属的能量耦合系数的相关概念、影响因素，最后讨论激光加工工艺中对能量耦合系数的利用。
一、金属对激光的能量耦合系数
当光从空气正入射到固体表面时，反射率R(反射光强与入射光强之比)可以表示为：
 (1)
其中折射率n和消光系数χ分别对应该固体复折射率的实部和虚部。对于不透明材料，被吸收的激光能量份额由η＝1－R决定，η通常称为能量耦合系数或热耦合系数。
由光学相关定律，对于金属，在假设下，有，其中，是直流电导率，是真空介电常数，是入射光的圆频率。这时表面反射率可近似为：
 (2)
能量耦合系数为：
 (3)
可见，金属导电性能越好，即电导率越大，其耦合系数越小，甚至接近于0，即绝大部分光没有被吸收，而是被反射回去了。
式(3)还给出了的关系，这是在假设下的关系。实际情况下耦合系数η随波长λ的变化更复杂。银、铜、铝等材料的反射率随激光波长的变化曲线见图1。
图1 银、铜、铝、镍、炭钢的反射率随波长的变化
由图1可以看出：对一般的金属而言，在0.3um～10um波段(激光加工常用光源均位于这个波段)，耦合系数总体而言是随着波长的增大而减小。
二、工件特性对能量耦合系数的影响
前面讨论材料对激光的反射和吸收是基于非常理想的情形，然而实际情况有很大的差别。材料的温度变化、表面状况及表面出现的熔化、气化等对能量耦合系数都会带来较大的影响。
1、温度的影响
(3)式表明，金属材料对激光的能量耦合系数η与其电导率so有着深刻的内在联系，so与温度有关，从而导致能量耦合系数也与温度有关。在室温以上相当宽的温度变化范围内，金属材料的电阻率(即电导率的倒数)随温度的增加线性增加，可表示为：
 (4)
这里为室温下的电阻率。据(3)式，对大多数金属来说，反射率都随温度的升高而减小，即能量耦合系数随温度的升高而增大。低碳钢、铁等金属对10.6 mm激光的能量耦合系数随温度的变化曲线见图2。
图2 低碳钢、铁等金属的能量耦合系数随温度的变化
2、表面状况的影响
实际材料中通常含有杂质、缺陷，其表面也非理想表面，表面涂层、表面氧化层及表面粗糙度等因素对其能量耦合系数会有很大的影响。对金属而言，光的反射与吸收只发生在一非常薄的表层内，表面层对其能量耦合系数的影响是很大的。
当金属表面附有表面膜层时，激光入射到膜层上，产生透射、反射，并会形成多次反射波的干涉。当膜层厚度d与波长λ满足一定条件时，将出现吸收峰。
能量耦合系数与材料表面的粗糙度也有很大关系。当表面粗糙度大于入射激光波长时，光在峰—谷侧壁产生多次反射，某些条件下会形成干涉，导致强烈的吸收。当表面粗糙度小于入射激光波长时，光线几乎形成镜面反射，吸收相对较小。表1给出了几种金属材料表面抛光前后反射率的变化。
表1 材料抛光处理前后反射率的变化
3、表面熔化和气化的影响
在激光与金属表面相互作用的过程中，辐照处金属的特性变化是很剧烈的。温度从室温升高到溶点、沸点，其电导率随着温度的变化而急剧地变化。所以，金属表面的反射率也随着发生急剧的变化。这种变化是很复杂的，目前从理论上尚未得出满意的结论。只能用典型的实验曲线作一些定性分析。
图3是激光能量密度为7.5×103  J／cm2、峰值功率密度为6×107  W／cm2的单脉冲激光作用于银表面时，相对反射率随时间的变化。图中虚线表示激光脉冲的波形。在ab段，辐照处的温度从室温急剧升高，反射率快速下降。从理论上计算，b点的温度约为900～1000 ℃，正好与银的熔点相吻合。因此可认为曲线中的bc段反射率保持不变，对应于金属表面达到熔点后，处于从固态变成液态的相变过程中。反射率曲线上的cd段，是反射率进一步急剧下降部分。这是由于金属表面熔化后，表面温度又从熔点继续升高，并急剧地变化到沸点，所以，反射率继续下降。由于金属表面气化，金属蒸气大量地吸收激光辐射能。从而使反射率急剧地降低到极小而达到d。脉冲激光峰值过后，由于金属表面温度逐渐降低，金属反射率又重新缓慢地升高。
图3 脉冲激光辐照过程中银的相对反射率随时间的变化
三、激光加工中对能量耦合系数的利用
基于对能量耦合系数的认识，激光加工中有时会对光源或工件做某些选择或改变，已期获得更好的加工效能。例如：
(1)选择单模光纤激光器来加工高反射材料
根据图1，对于铜铝，当表面比较干净时，对1.0um附近激光的反射非常强，即能量耦合系数很小。当激光器总功率有限时，就需要使得辐照到工件表面的激光能量足够集中，即光束质量足够好，才能融化辐照区域的材料，即俗语所谓“好钢用在刀刃上”。
对于强的反射光，要用相应的技术手段去处理，否则会破坏光学器件。因此，适于加工高反材料的单模光纤激光器的技术难度要远大于同等功率的多模光纤激光器。湖南大科激光有限公司通过对相关物理瓶颈问题的深入研究，推出的千瓦级单模光纤激光器在加工高反射材料方面性能尤其出色。
(2)选择合适波长的激光来加工
根据图1，对于某些材料，绿光或紫外波段的能量耦合系数比1.0um处要高出好几倍。这种情况下，可以考虑使用非线性变频晶体，将1.0um的激光变频为短波激光。虽然变频效率有限，但考虑变频后耦合系数的显著提高，可能取得更好的加工效果。
(3)改变工件表面状态以提高能量耦合系数
前文提到，表面涂层、表面氧化层及表面粗糙度等因素对工件能量耦合系数会有很大的影响。因此，对于反射很强的工件，可以通过涂黑漆涂层等方法改变表面状态以提高能量耦合系数。
另外，加工某些金属，例如激光焊接铝质工件的过程中，当融化发生时，耦合系数会有显著的提高，工艺研究时要针对这种变化做相应处理，以取得良好的焊接效果。
(作者：大科激光 江厚满)
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蒙古或西伯利亚森林对气候的部分影响分析
蒙古森林少，西伯利亚森林覆盖率高，都属于针叶林。在大雪覆盖陆地的时候，树木可以露出地面的雪盖(层)。密集的树林意味着密集的树枝露出地面的雪盖。树枝颜色比较深，有利于吸收阳光，提高区域地表的吸光率。高高的树木可以部分阻挡地面雪层反射的阳光，降低区域阳光反射率。密集的树木等效于增加了地表的不光滑程度或粗糙程度，降低了光的反射率。因此，西伯利亚森林对西伯利亚气候存在重大影响。
一是可以促使西伯利亚冬季提前结束、冰雪提前融化、冷高压提前结束，进而可以对东亚产生较大影响。促使东亚冬季风提前结束，进而可以提高东亚春季气温。
二是可以促使西伯利亚寒冷季节晚到来一段时间(不知道这个时间有多长)，促使东亚冬季风晚来一段时间，可以提高东亚晚秋的气温。
三是可以升高西伯利亚寒冷季节的气温(不知道能升高多少)，降低西伯利亚冷高压的程度，进而可以降低东亚冬季风的强度或频率，提高东亚冬季的气温。
如果西伯利亚森林被砍伐，会对东亚气候产生一定影响，会产生更强烈的冬季风，会降低东亚地区的冬季气温。
从蒙古与西伯利亚森林的气候影响看，中国应该禁止进口西伯利亚或蒙古的木材。

AVIRIS高光谱成像光谱仪采集得到的原始图像为辐亮度图像，经过校正后的L1级产品为地表辐亮度信息。但是许多时候，我们更希望知道地面目标物的反射率信息，并且这一信息应该与在地面使用地物光谱仪（如常见的ASD光谱仪）采集的反射率曲线应该一致。因此从原始的辐亮度（Radiance）图像转换生成反射率图像通常需要进行大气校正，水汽吸收校正等过程，最终消除大气传输过程中的各种干扰因素影响，得到最终的反射率曲线。需要注意的是，由于大气水汽吸收的影响，如上图所示，在特定波长波段（1400nm左右与1900nm左右）信号强度非常弱，数据信噪比差，通常会将这些波段认定为无效波段。
特别注意：由于AVIRIS服役时间较长，数据采集和处理流程应该经历过多次优化，目前官方文档中介绍反射率图像生成和描述方法中提到的部分描述文件在当前下载到的反射率文件中不存在。因此我综合多个官方文档来理解和描述当前反射率图像数据，可能存在错误。
1. 基本说明
根据官方文档的描述[1]，将原始的校正后的AVIRIS辐亮度数据（Radiance Data），通过高光谱-红外图像L2级处理流程，转换生成反射率信息。该处理只针对HyspIRI Precursor Data Sets进行，也就是说只有部分图像有对应的反射率图像。文档中具体介绍了该处理流程中的使用的算法、理论假设以及最终结果数据组织等信息。网站上列出的文档最后更新日期为2013年10月，但是在下载到的数据中，有更新版本的文档（最后更新日期为2014年8月），最主要的不同是2014年版本中删除了关于结果数据组织的内容。因为13年版本描述的数据组织方式与我下载的几景图像的数据组织完全不同，可能后续更新过，但是并没有相关文档说明。
根据AVIRIS HyspIRI preparatory campaign measurements任务中关于L2级大气校正算法的描述[2]，如下图所示，从辐亮度图像到反射率图像主要经过了大气校正和残差抑制两个步骤。具体描述如下。
2. 大气校正
大气校正是基于ATREM（Atmosphere Removal Algorithm）算法进行的，该算法通过水蒸气、二氧化碳、臭氧、氮氧化物、一氧化碳、甲烷和氧气的吸收作用来反演等比例的表面反射率（scaled surface reflectance）。根据这些气体吸收模型，再结合图像的成像几何，可以联合估计400~2500nm的大气透射率。大气散射效应则通过6S模型进行估计，6S模型是利用940nm和1140nm处的水汽吸收特征来反演水蒸气柱浓度，进而估算得到朗伯体表面反射率。
在HyspIRI数据预处理流程中，还增加几个额外的特征：HITRAN 2012 line list中的块吸收，同时估计液态、气态和固态水的三相反演结果。压力高度（Pressure Altitude）则使用氧气A波段的深度进行反演，在成像目标中存在大范围高程变化和多光学路径情况下，该方法能够提高反演精度。
3. 经验校正
最终，使用实地对应位置（in situ）的目标测量结果，通过经验模型，来修正表面反射率结果。具体的，为每个波段估计一个改正系数项，使得最终机载图像的光谱曲线与实地测量的同名点地物光谱曲线尽量一致。这个改正系数存储在以.smth为扩展名的额外对应文件中。如果研究人员希望使用原始数据，那么可以通过将网站提供的校正后的图像逐波段除以该改正系数即可。
4. 实际数据简介
从网站上实际下载的一景反射率图像中可能包含数个文件，其具体含义如下表所示（注：该表格为作者结合文档与数据情况理解制成，可能存在错误）
参考
^AVIRIS Surface Reflectance Data Distribution Document - HyspIRI Precursor Data Sets ONLY http://aviris.jpl.nasa.gov/documents/AVIRIS_HyspIRI_Reflectance_Data.readme
^Level 2 processing of AVIRIS HyspIRI preparatory campaign measurements https://hyspiri.jpl.nasa.gov/downloads/2014_Symposium/day2/0900_pres_HyspIRI_level2_140604c.pdf

地表反射率计算-flaash
DN值(Digital Number )是遥感影像像元亮度值，记录的地物的灰度值。  辐亮度：单位投影面积上单位立体角内的辐射通量。  反射率：反射辐射量与入射辐射量之比，表征地面对太阳辐射的吸收和反射能力。反射率越大，地面吸收太阳辐射越少；反射率越小，地面吸收太阳辐射越多 辐射定标：辐射定标是指建立遥感传感器的数字量化输出值DN与其所对应视场中辐射亮度值之间的定量关系。  大气校正：消除大气和光照等因素对地物反射的影响以获取地表真实反射率。 辐射传输模型    FLAASH大气校正利用影像信息,如坐标,传感器,像元大小,水气,气溶胶等信息,采用了MODTRAN4+大气纠正模型,来反演卫星获取时相关参数,从而实现大气纠正.ENVI可以对以下数据进行FLAASH大气校正:     多光谱： QuickBird、Ikonos、 Landsat、 SPOT、 AVHRR、   ASTER、 MODIS、 MERIS、 AATSR、 IRS    高光谱：HYPERION、HYMAP、AVIRIS、HYDICE、CASI 输入文件准备 经过定标后辐射率数据，单位为uw/cm2*nm*sr ENVI标准影像格式,BIP或者BIL存储方式, 数据带有wavelenth(中心波长)值，如果是高光谱数据还要求带有FWHM值  对QuickBird而言，需要做的准备工作是：辐射定标；设置中心波长(0.485,0.560,0.660)；格式转为BIL。 　 文件输入输出设置 影像中心坐标 传感器 影像获取时间 大气模型, 水气去除 气溶胶模型,气溶胶去除方法 光谱打磨 多(高)光谱设置 高级设置 大气模型(六种) 根据影像纬度和季节确定 消除水气影响 具有15nm以上波谱分辨率，且至少覆盖以下波谱范围之一：1050－1210nm(优先考虑)，770－870nm，870－1020nm。 气溶胶模型(四种) 消除气溶胶影响 2-Band(K-T):要求数据波段覆盖660nm和2100nm波谱.  能见度 光谱打磨(高光谱数据) 对波谱曲线进行微调,使波谱曲线更加近似于真实地物的波谱曲线  多光谱设置(模型参数设置) 水气去除模型参数(吸收通道,反射通道) 气溶胶模型参数设置(用气溶胶模型要求数据波段覆盖660nm和2100nm波谱.) KT upper  2100－2250nm KT lower  640－680nm  高光谱设置(模型参数设置) 自动选择通道定义(推荐) 设置通道定义   高级设置 光谱定义文件 气溶胶高度 CO2混合比率：390ppm 使用领域纠正 使用以前的MODTRAN模型计算结果 设置MODTRAN模型的光谱分辨率设置 MODTRAN多散射模型   * *