激光诱导Al等离子体辐射空间分布

用Nd :YAG脉冲激光烧蚀Al靶获得等离子体 ,脉冲能量固定在 1 45mJ·pulse- 1 。用Ar气作保护气 ,压强固定在 1个大气压 ,利用时空分辨技术 ,采集了靶前 0 5 ,1 5 ,2 5和 3 5mm处等离子体辐射的时空分辨谱。简要描述了各处等离子体的辐射特征 ,详细分析了各处连续辐射和Al原子辐射规律。根据这些位置处连续辐射和Al特征谱线的分布特征 ,简要论述了连续辐射和Al原子辐射的演化机制。认为Al原子对等离子体连续辐射吸收是形成Al原子辐射的主要机制 ,Al原子对连续辐射的共振吸收形成了叠加在连续谱上的宽带吸收谱。     

激光诱导Al等离子体吸收谱分析

用Nd:YAG脉冲激光烧蚀金属Al靶获得等离子体，激光脉冲能量为115mJ.pulse^-1，用氮气作保护气体，压强为1个大气压，获得激光诱导Al等离子体的时间分辨谱。分析了Al等离子体辐射特征。根据连续辐射时间分布，对吸收谱的形成作了简单的解释，认为Al原子对连续辐射的共振中收是形成吸收谱中的“凹谷”的主要机制。     

激光诱导Al等离子体连续辐射的时间分布

用Ar作环境气体,压强固定在10kPa,每个激光脉冲能量为115mJ,利用时空分辨技术,采集激光烧蚀Al靶产生的等离子体辐射的时间分辨谱。分析了Al等离子体连续辐射特征。简要讨论了激光诱导等离子体连续辐射的产生机理。提出了原子对激光诱导等离子体连续辐射共振吸收理论。激光诱导等离子体的连续辐射的主要机制是轫致辐射和复合辐射,在激光脉冲作用到靶面瞬间,轫致辐射占主导地位;等离子体演化初期,复合辐射和轫致辐射共同产生等离子体连续辐射;等离子体演化后期,连续辐射主要复合辐射产生的。Al原子对连续辐射的共振吸收是选择性的,这是改变连续辐射按波长“平滑”分布的主要机制。     

激光诱导Al等离子体中连续辐射波长分布

用Ar作环境气体,压强固定在100 kPa,激光脉冲能量145 mJ/pulse,利 用时空分辨技术,采集激光烧蚀Al靶产生的等离子体辐射的时间分辨谱。分析了Al等离子体 连续辐射特征。根据连续辐射强度的时间分布,简要讨论了激光诱导等离子体连续辐射的产 生机理。根据连续辐射强度的波长分布,提出了原子对激光诱导等离子体连续辐射共振吸收 机理。认为：Al原子吸收能量的主要机制是原子实吸收连续辐射光子,原子实吸收光子的方 式是与价电子构成极性振子对连续辐射共振吸收。     

激光烧蚀金属Al诱导发光的动力学研究

利用时间分辨的光谱测量技术,测定了XeCl紫外激光在不同条件下烧蚀金属Al诱导产生光谱线及其强度随时间的分布.结果表明：等离子体辐射光谱线由原子光谱线、一价离子光谱线及连续辐射背景光组成.Al原子光谱线的辐射强度与持续时间为最大,一价离子光谱线次之,以连续辐射背景光为最小.对激光烧蚀金属诱导发光的机理进行了探讨.等离子体中连续辐射背景光来自高能电子的韧致辐射和电子与离子的复合,原子光谱线和一价离子光谱线主要来自等离子体中电子与离子的复合.用此机理定性地解释了所观察到的实验现象. 关键词： 激光烧蚀 时间分辨光谱 辐射机理 金属Al     

Al原子共振双线跃迁几率实验研究

我们用Nd：YAG脉冲激光烧蚀金属Al靶产生等离子体，利用时间分辨技术摄取Al等离子体辐射时间分辨谱，获得Al原子共振双线辐射谱；通过积分谱线下的面积，计算共振双线强度；根据共振双线强度比，推断Al原子共振双线跃迁几率比，并与理论计算结果比较。结果发现，实验结果与理论计算符合的很好。     

激光诱导Al等离子体中的Doppler效应

用Nd:YAG脉冲激光烧蚀Al靶产生等离子体,利用时间分辨技术采集Al等离子体辐射的时间分辨信息,使用光学多道分析系统(OMA Ⅲ)记录Al等离子体辐射光谱,从而获得激光诱导Al等离子体时间分辨光谱。分别利用Lorentz函数、Gauss函数以及这两种函数的线性叠加函数(后简称叠加函数),对Al原子共振双线Al Ⅰ 396.15 nm,Al Ⅰ 394.40 nm进行拟合分析,解析出实验谱线所含的Lorentz和Gauss线形成分。通过对比这两种线形成分发现,实验谱线主要由Lorentz线形成分所组成,Gauss线形成分相对少得多。通过对比Lorentz函数与叠加函数对实验谱线的拟合曲线,给出了Doppler效应展宽谱线的直观图像,估算了Doppler效应导致谱线的增宽量。结果发现,Doppler效应引起的Al共振谱线增宽约2×10-3～8×10-3 nm,这与理论计算结果6.7×10-3 nm符合得很好。因此,通过拟合分析与理论计算,对激光诱导Al等离子体中的Doppler效应给以圆满解释。     

激光诱导铜等离子体中激发态4d′~4F_(9/2)的瞬态特性

利用时间分辨光谱技术,研究了激光诱导Cu等离子体中激发态4d′4F9/2的形成及其辐射跃迁的瞬态特性。结果表明:电子离子复合、粒子间碰撞、自蚀吸收等过程在等离子体不同演化时刻,对激发态4d′4F9/2原子的制备起着不同作用。粒子间碰撞作用剧烈时,激发态4d′4F9/2原子以相同几率向低能态4p′4Do7/2及4p′4Fo9/2跃迁转移能量;等离子体辐射约500 ns后,粒子间相互作用变弱,激发态4d′4F9/2原子主要通过辐射谱线CuⅠ359.91 nm转移能量。     

一种时间分辨激光诱导击穿光谱的测量方法

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种动态光谱。时间分辨LIBS光谱测量是研究激光诱导等离子体演化和谱线自吸收的重要技术。结合激光诱导击穿光谱测量的时序特性,提出一种利用常规性能光谱探测设备获得微秒级时间分辨LIBS光谱的测量方法。通过控制毫秒级光谱探测设备的积分延迟时间,获得不同延时下的LIBS光谱信号,对所得光谱进行处理得到相应特征谱线拟合强度,将所测的特征谱线强度按照一定的时间间隔进行差分,得到差值即为差分间隔时间内特征谱线的积分强度。采用差分时间间隔应大于系统最差时序精度,同时优选无重叠干扰和背底连续的谱线信号进行分析。以等离子体产生后持续时间为横坐标,计算所得谱线差值强度为纵坐标,即可获得特征谱线的强度演化曲线。通过实验验证,使用积分时间为毫秒量级光谱仪和时序精度为0.021微秒控制系统,该方法可以实现微秒量级时间分辨LIBS光谱测量,可用于表征LIBS光谱特征谱线演化过程,降低了LIBS光谱时间分辨测量系统成本。     

飞秒激光诱导铝等离子体时间分辨光谱研究

在大气环境下利用中心波长800nm、脉宽为30fs的激光聚焦在铝靶上,测定了激光诱导铝等离子体中铝原子的时间分辨发射谱。在局部热平衡条件近似下,根据实验测定的谱线相对强度得到了等离子体的电子温度;研究了激光脉冲能量对等离子体电子温度的影响和等离子体电子温度的时间演化特性。同时,实验发现了394.4nm和396.1nm两条铝原子谱线存在较强的自吸收效应,实验结果表明随着激光脉冲能量的减少和延时的增加,自吸收现象逐渐消失。     

Analysis of time phase of characteristic radiation in plasma induced by laser ablating aluminum

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＷｉｔｈｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒ ,ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｍｉｌｉｔａｒｙａｆｆａｉｒｓ[1] ,ｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｐｅｏｐｌｅｕｎｄｅｒｔａｋｅｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｍｕｔｕａｌｅｆｆｅｃｔｂｅｔｗｅｅｎｌａｓｅｒｂｅａｍａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓ ,ｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇｍａｎｙａｒｔｉｃｌｅｓｏｎｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔ[2 ,4 ] .Ｂｕｔｍｏｓｔｏｆｔｈｅｍｒｅｐｏｒｔｅｖｏｌｖｉｎｇｌａｗｓｏｆｔｈｅｐｌａｓｍａｓｉｎｄｕ…     

气压对激光诱导Al等离子体特征的影响

使用Nd :YAG激光器烧蚀金属Al靶获得等离子体 ,利用光谱时 -空分辨技术 ,在 10 0～ 1× 10 5Pa气压范围内 ,关于环境气体压强对激光诱导的等离子体辐射特征的影响进行了研究。使用的气体是Ar气 ,单脉冲激光能量 145mJ。结果发现 ,气压升高 ,特征谱线强度增加 ,连续谱强度也增加 ;但气压过高 ,在接近大气压时 ,特征谱和连续谱都下降 ;最大特征辐射强度在 10kPa、靶前 0 .1mm处、延时 180ns获得 ;同一条件下获得最强背景连续谱 ,而信号 -背景比是在10 0 0Pa、靶前 1.0mm处、延时 2 50 0ns达到最大值。基于Al等离子体不同气压下的时间 -空间分辨谱 ,对结果进行了简单的讨论。并分别确定了获得最大特征辐射和信号 -背景比的条件 ;以及最佳信号采集区。     

Effect of gas pressure on ionization of ambient gas

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｔｗａｓｏｆｔｅｎｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｔｈａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｆａｍｂｉｅｎｔ ｇａｓｓｈｏｕｌｄｏｃｃｕｒｒｅｄｗｈｅｎａ ｐｌａｓｍａｗａｓｐｒｏｄｕｃｅｄｗｉｔｈｌａｓｅｒａｂｌａｔｉｎｇａｔａｒｇｅｔ .Ｍａｎｙａ     

Gd靶激光等离子体光源离带辐射及其等离子体演化的研究

利用脉冲宽度为10 ns,输出波长为1 064 nm的Nd∶YAG激光器作用金属Gd以及纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃等两种形式靶所产生等离子体光源的离带辐射进行了研究,发现等离子体所发出的连续辐射是离带辐射的主要成分,光谱分布与温度为5 eV的普朗克曲线相匹配。此外,相对于金属Gd靶而言,采用纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃靶可大幅度降低等离子体光源的离带辐射。利用光谱法,对激光作用纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃靶所形成光源的等离子体羽的电子温度和电子密度进行了时空分辨研究。实验结果表明,在打靶结束125 ns时,距靶面6 mm位置处等离子体的电子温度约为4 eV,电子密度约为1.2×1018 cm-3。同时发现在激光打靶结束后等离子体羽的电子温度和电子密度随延时的变化而呈指数下降,在120～250 ns时间范围内,两者下降较快,之后其幅度下降缓慢。另一方面,当打靶脉冲结束约200 ns时,在距离靶面1～10 mm的空间内等离子体的电子温度及密度均经历先上升后下降的变化过程。在距靶材表面6 mm位置处,电子温度和电子密度均达到最大值,电子温度约为2.6 eV,电子密度为8.5×1017cm-3。     

激光诱导等离子体中Al原子共振双线时-空演化的实验研究

通过测定激光诱导等离子体中Ａｌ人振双线３９６．１５ｎｍ和３９４．４０ｎｍ强度的时－空演化特性，对激光诱导等离子体中共振双线的演化规律及其机理进行了讨论，使用的气体是空气气压为１０１ｋＰａ。     

激光诱导Al等离子体在背景气体中的流体现象

调Q-YAG脉冲激光（波长1.06μm,脉宽10ns,能量为250mJ/pu1se）烧蚀Al靶,用短焦距照相系统和光学多道分析仪（OMA）记录了等离子体在氩气背景气体及不同压强下所呈现的流体现象及其等离子体辐射的空间分辨光谱。实验发现,当背景气压为400Pa以下时,在靶面上存在一个明亮的发光球体,球体直径远大于激光烧蚀斑的大小,此球体向四周辐射等离子体光谱,只是在垂直靶面的方向辐射相对较强。在气压约为400Pa,等离子体辐射才以较为明显的羽状体形态向前喷散,且随气压增高,喷散的立体角变小。随着背景气压的继续升高,等离子体羽被压缩,成为一个明亮的发光小羽状体,当气压达20～30kPa,发光羽状体开始出现分解的迹象,在羽状体前端形成一个光球。气压继续升高,等离子体羽完全变成一串发光球。离开靶面越远,发光球的半径越大。用光学多道分析系统分析这些发光球的光谱特征,发现在靶面附近主要是Al等离子体的谱线,而较远的发光球,其主要谱线则来自背景气体。在气压为20kPa左右,等离子休羽呈现烧蚀点为明亮的白色亮点,而羽端为鲜艳绿色（氩的514nm）的彩色羽。