激光切割機(jī)的工作原理在前面有介紹，當(dāng)激光束輻照在材料表面，一部分被反射（記為R）；透過的部分在材料內(nèi)部被吸收，強(qiáng)度相應(yīng)衰減。衰減規(guī)律按比爾定律吸收系數(shù)的倒數(shù)記作光學(xué)穿透深度，在光學(xué)穿透深度以下，激光切割機(jī)激光強(qiáng)度降到入射時(shí)的1/e.提出光分解燒蝕模型中，發(fā)色團(tuán)吸收輻射。當(dāng)受激的發(fā)色團(tuán)密度超過一定閾值后，大分子分解為小的揮發(fā)性物質(zhì)，從體材表面以很高的速度逃逸，并帶走吸收激光能量的大部分。當(dāng)在體材內(nèi)的激光切割機(jī)激光強(qiáng)度按比爾定律減少時(shí)，受激發(fā)色團(tuán)的強(qiáng)度也減小，直到在一定深度h處達(dá)到分解閾值e.通過重演比爾定律和導(dǎo)出表達(dá)式e=I*T（T：激光脈沖長(zhǎng)度），燒蝕深度可以表述為兩個(gè)材料參數(shù)a和e和激光通量e的函數(shù)由于實(shí)際的原因，項(xiàng)（1-R）被忽略，既然反射率R對(duì)高聚物而言是0.05（垂直入射）。
典型的激光切割機(jī)刻蝕率曲線所示，該反映聚酰亞胺對(duì)不同波長(zhǎng)的燒蝕情況。刻蝕率正好在1um/脈沖，說(shuō)明單脈沖去除幾百個(gè)納米的薄層是可能的。上面公式（6-47）的關(guān)系符合數(shù)據(jù)的半對(duì)數(shù)擬和線；數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)值評(píng)價(jià)可以導(dǎo)致a和e的求導(dǎo)。簡(jiǎn)單的激光切割機(jī)模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)大多數(shù)高聚物在較低光通量時(shí)（≈lOe）較接近，上面的求導(dǎo)可導(dǎo)致較陡的線型（見圖6.24中308nm的數(shù)據(jù)線）或更平的斜線（見圖6. 33中193nm的線型）.這一原因可以在光化學(xué)過程影響吸收性能和退化動(dòng)力學(xué)中發(fā)現(xiàn)，在此處不再詳細(xì)討論。一般情況，激光切割機(jī)燒蝕速率取決于材料、波長(zhǎng)、周圍大氣和光束的幾何參數(shù)。
值得一說(shuō)的顯著特征是燒蝕羽輝的形成。當(dāng)激光切割機(jī)中激光束達(dá)到材料表面，很快材料就會(huì)以氣體、團(tuán)簇和微粒的形式向外噴出。高速攝影捕捉圖像顯示在激光脈沖前沿到達(dá)幾納秒后，氣化就開始產(chǎn)生，沖擊波也得以形成。在整個(gè)準(zhǔn)分子激光脈沖期間（FWHM為10~30ns），激光切割機(jī)激光輻射和材料間相互作用的過程一直存在.一般每個(gè)脈沖的去除深度定義為刻蝕率或刻蝕系數(shù)，以u(píng)m/pulse表示。以高聚物的準(zhǔn)分子激光刻蝕加工為例的激光刻蝕工藝。
激光切割機(jī)刻蝕率就是材料從激光脈沖的曝光區(qū)域去除的速度。研究聚合物刻蝕zui簡(jiǎn)單有效的方法就是測(cè)量激光切割機(jī)的刻蝕率。在準(zhǔn)分子激光切割機(jī)刻蝕聚合物材料的研究中，刻蝕率是一個(gè)重要的參數(shù)，刻蝕率高則意味著激光切割機(jī)加工效率高。現(xiàn)在已經(jīng)知道了很多種類的聚合物和很大范圍的激光波長(zhǎng)相互作用的刻蝕率，對(duì)于波長(zhǎng)為248nm的準(zhǔn)分子激光切割機(jī)，聚氨酯（PUR）zui高刻蝕率為1.3um/pulse，有機(jī)玻璃（PMMA）為4.2um/pulse，聚四氟乙烯（PTFE）和聚乙烯對(duì)苯二甲酯（PET）為0.85um/pulse，聚碳酸酯（PC）為0.6um/pulse.
用x表示刻蝕率，用F表示光通量。這里的刻蝕率定義為單激光切割機(jī)脈沖固體表面的刻蝕深度，通常由測(cè)量出的n個(gè)脈沖產(chǎn)生的刻蝕深度h導(dǎo)出，即x=h/n.刻蝕率和入射激光波長(zhǎng)、聚合物的有效吸收系數(shù)、脈沖重復(fù)頻率、脈沖數(shù)、激光入射能量等都有關(guān)系。
脈沖重復(fù)頻率對(duì)刻蝕率的影響主要表現(xiàn)為PRR（pulse repetition rate，激光切割機(jī)激光脈沖頻率）效應(yīng)，即激光脈沖頻率的升高會(huì)導(dǎo)致刻蝕率的升高，這一效應(yīng)與激光脈沖個(gè)數(shù)和激光能量之間也有著密切的關(guān)系。產(chǎn)生PRR效應(yīng)的zui小重復(fù)頻率，D為熱擴(kuò)散系數(shù)；a為有效吸收系數(shù)；n為脈沖個(gè)數(shù)。對(duì)于PMMA材料，在同～加工處所刻蝕的脈沖數(shù)n一般小于50，因此，脈沖頻率至少為1340Hz以上才會(huì)產(chǎn)生PRR效應(yīng)。在實(shí)際的操作中，激光切割機(jī)的激光頻率工作一般為1～5Hz，出現(xiàn)PRR效應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)在13000~67000之間。所以在低脈沖重頻率的*刻蝕PMMA的過程中，PRR效應(yīng)可以忽略不計(jì)。下面我們將著重研究刻蝕率和脈沖數(shù)、激光入射能量的關(guān)系。
