愛迪生效應

愛迪生效應是一種通過熱激發發射載流子的方式。這個現象發生的原因是，提供給載流子的熱能使它們能夠克服束縛位能（在金屬材料中，這束縛位能也被稱為功函數或逸出功）。通過熱發射產生的載流子可能是電子或者離子。發射載流子之後原始區域會產生一個於被髮射載流子總和大小相同、極性相反的載流子。不過，如果發射極連接在電池上，則物體上產生的電荷會立即被電池提供的載流子中和掉，最終發射極會達到電平衡，重新回到之前的狀態。產生電子的熱發射被稱為熱電子發射。

英國物理學家弗萊明卻根據“愛迪生效應”發明了電子管（即二極管）。隨後，人們又在弗萊明二極管的基礎上製成了三極管，促成了世界上第一座無線電廣播電台於1921年在美國匹茲堡市建立，使無線電通訊野火春風般迅速出現在了世界各地 ^[1]  。

1883年愛迪生在研製和改進電燈泡時，在加熱的燈絲及其附近的防污染金屬片間接上電流計，觀察到電流計中有電流通過，這種偶然的發現就是所謂愛迪生效應。這個效應是由加熱燈絲向周圍空間發射出熱蒸發電子，從而在燈絲與金屬片間形成電流。由於這個效應同後來的電子發現、熱電子發射的發現、真空二極管的發明密切相關，因此在科學史上具有重要意義。

當高強度脈衝激光照射不透明材料時，由於材料強烈吸收光而瞬時產生加熱、融化、蒸發、濺射，導致材料局部破壞。聯想到愛迪生效應，研究了脈衝激光輻照靶所產生拋射物的電性質，在靶前面的鄰近區域中觀察到空間脈衝電信號。研究這種信號，對於瞭解激光破壞材料的機理及激光加工技術具有重要意義。

當脈衝激光聚焦照射到金屬表面時，由於光的功率密度很大，金屬吸收光而快速加熱當其温度達到熔點後又繼續以熔液的形式被加熱，直到温度升至汽化點而被汽化。在此加熱過程中，伴隨着熱電子發射和熱離子發射。由於電子的逸出功比離子的逸出功小得多，故電子在較低的温度下就開始發射，而離子只有在高得多的温度才發射。電子發射在先，而且電子質量遠小於正離子，在加熱所產生的蒸發汽流中電子比正離子以較高速度飛離金屬靶。在金屬熔化後，由於熔化金屬急速膨脹的擠壓力及蒸汽的反衝力作用，熔液產生濺射。在濺射物中既有帶電粒子，又有中性粒子和小液滴。由於電子質量小，這種濺射作用造成電子更遠離金屬靶。這種正負電荷的空間分離作用，必然在靶前面的相鄰空間中造成一個空間電位差，從而可在實驗中觀測到電信號。由於激光脈衝輻照靶產生加熱、熔化、蒸發、濺射等一系列過程所涉及的因素極為複雜，所以在理論上尚難以用一個數學公式表述所產生電位差的空間分佈形式。

顯然，所觀察到的電信號強弱和波形，同脈衝激光的強弱及波形密切相關。作用光強時所產生的加熱、熔化、蒸發和濺射作用強，從而所產生的電子發射、離子發射和濺射作用更強，所產生的空間信號相應增加。由於普通脈衝激光由大量張弛振盪的小尖峯脈衝構成，故所產生的電信號也具有類似結構。

同樣，所觀察到電信號同靶材料的光學性質、熱學性質和電學性質密切相關。光對金屬的作用過程，涉及到金屬對光的吸收係數，金屬的比熱、比重、熔點、沸點、熔化熱、汽化熱和熱傳導係數，以及綜合參量熱擴散係數、蒸發比能、電子逸出功和離子逸出功率等參量。例如，金屬銅的熱擴散係數、蒸發比能、電子逸出功、離子逸出功、熔點和沸點等參量的比金屬鋁的相應參量大，故在相同激光脈衝輻照下，銅靶所產生的電信號比鋁靶弱 ^[2]  。

當普通脈衝激光輻照靶時，由於金屬材料局部被快速強烈加熱而產生強的電子發射、離子發射及帶電粒子的濺射作用，在靶前面出現正負電荷的空間分離，從而產生空間電信號。由於聚焦脈衝激光作用區域小，光功率密度大，故產生的電信號較強。這種電信號同材料的加熱及破壞情況密切相關，因此可用於與激光破壞材料有關的應用領域。只要選擇合適的靶材料，在聚焦脈衝激光的作用下，將可能作成強的微型電子發射源或離子發射源 ^[3]  。