超短脈沖（≤lOOfs）激光雕刻切割加工，是利用脈沖能量將原子從材料表面強(qiáng)行“拉”出達(dá)到刻蝕加工的。我們知道，要從固體材料中“拉，，出一個(gè)原子，需滿足的一個(gè)zui基本的條件是：入射的能量必須大于那個(gè)原子的結(jié)合能。對(duì)于超短脈沖激光雕刻切割機(jī)加工來(lái)說(shuō)，在“拉”出原子之前先經(jīng)歷原子的快速電離過(guò)程。比如，當(dāng)100激光雕刻切割機(jī)脈沖的激光強(qiáng)度超過(guò)10\13W/cm2時(shí)，對(duì)于任何材料來(lái)說(shuō)，脈沖結(jié)束前就會(huì)被電離。在脈沖上升期間，激光雕刻切割機(jī)中激光誘導(dǎo)多光子電離產(chǎn)生的自由電子，經(jīng)激光雕刻切割機(jī)電場(chǎng)快速加速后獲得足夠高的動(dòng)能遠(yuǎn)離材料表面被電離的原子。當(dāng)這些自由電子與材料表面離子形成的靜電勢(shì)（電荷分離場(chǎng)）超過(guò)該原子的結(jié)合能時(shí)，該原子被“拉’’出材料表面。因此，在整個(gè)脈沖期間，材料表面將形成等離子體層。等離子體的形成過(guò)程需要通過(guò)含時(shí)的電子能量分布函數(shù)來(lái)描述，比平衡等離子體的Maxwell分布要復(fù)雜得多。

       當(dāng)材料的結(jié)合能（band gap energy，帶隙勢(shì)能）遠(yuǎn)大于脈沖的單光子能量時(shí)，即UI》hw，描述傳導(dǎo)電子加熱和碰撞電離的電子分布函數(shù)N（e，t）由Fokker-Planck方程確定：式中，e是電子的動(dòng)能，在時(shí)間藝動(dòng)能在e一￡+d￡的電子數(shù)目由N（e，藝）d￡給出；方程左邊第二項(xiàng)表示由于焦耳加熱、聲子非彈性散射以及電子能量擴(kuò)散引起的電子分布的變化。電子的焦耳加熱率由下式表示：式中，Es（t）為激光雕刻切割機(jī)電場(chǎng)強(qiáng)度。材料中導(dǎo)帶電子的交流傳導(dǎo)率式中，m*是導(dǎo)帶電子的有效質(zhì)量；t（e）是與電子一聲子輸運(yùn)（動(dòng)量）的散射率有關(guān)的量，即ym（e）一1／t（e），且與電子的能量有關(guān)。也可以將（6-25）式改寫(xiě)成是自由電子的振動(dòng)能，單位為eV；電子與晶格的有效碰撞頻率。

       激光雕刻切割機(jī)的應(yīng)用都有著一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)，在這種條件下，電子參數(shù)的有效質(zhì)量m*與靜止質(zhì)量me幾乎是相等的。比如，對(duì)于S102材料，激光雕刻切割機(jī)的電子一聲子輸運(yùn)的動(dòng)量散射率v（e）在2~10fs-1內(nèi)的變化范圍為1~lOeV.因此，對(duì)激光波長(zhǎng)為1064nm、功率密度為l0\13w/cm2的脈沖激光雕刻切割機(jī)，單個(gè)電子的加熱率一般在幾個(gè)eV/fs的量級(jí)。
       方程（6-24）的中括號(hào)里第二項(xiàng)y（e）EpN（e，f）表示從電子到晶格的能量轉(zhuǎn)換率，其中e是單個(gè)聲子的能量，y（e）是電子一聲子能量轉(zhuǎn)換為晶格能量的幾率。對(duì)于lTW/cm2量級(jí)的脈沖，電子加熱率Rj（e，t）比轉(zhuǎn)換為晶格能量的幾率y（e）e（≈O.OleV/ps）大的多。
           D（e，t）a N/ae項(xiàng)表示電子的能量擴(kuò)散，其中擴(kuò)散系數(shù)為D（e，t）=2eRj（e，t）.
    方程（6-24）的右邊為電子源項(xiàng)，反映過(guò)程中電子的產(chǎn)生和消失（復(fù)合）.S（e，t）de表示在時(shí)間t、產(chǎn)生動(dòng)能范圍在e→e+d的電子總數(shù)?？涛g過(guò)程伴隨的自由電子主要是通過(guò)多光子電離和碰撞電離產(chǎn)生的。當(dāng)電子在激光場(chǎng)中加速的能量遠(yuǎn)高于材料原子電離勢(shì)能u時(shí)，這些電子還可能通過(guò)與鄰近的原子發(fā)生碰撞電離，再次產(chǎn)生自由電子。例如，激光雕刻切割機(jī)一個(gè)動(dòng)能為eo=2e+U的入射電子，zui終可能產(chǎn)生兩個(gè)能量為s的電子和勢(shì)能為u的離子。碰撞電離速率由Keldysh公式計(jì)算，即式中，x為碰撞電離的比例常數(shù)，比如熔融石英，對(duì)于能量<lOOeV的入射電子x=1.5×l015 S-1.