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。     

低真空时激光诱导Al等离子体辐射分析

用Nd :YAG激光烧蚀Al靶获得等离子体 ,激光脉冲能量为 145mJ·pulse-1,光源中通入Ar气作保护气体 ,压强为 10 0Pa。利用时间分辨技术获得纳秒级时间分辨光谱。分析了等离子体连续辐射、连续辐射的吸收、Al原子谱线辐射的时间演化规律 ,并进行了简短的讨论。结果发现 ,低真空时激光诱导Al等离子体的连续辐射、连续辐射的吸收、Al原子谱线辐射的时间演化规律以及它们之间的相互关系 ,与常压时的情况十分相似     

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。     

用于测量Z箍缩铝等离子体K层辐射的邻苯二甲酸氢铊弯晶摄谱仪

 基于邻苯二甲酸氢铊(TAP)弯晶和软X射线分幅相机建立了一套4通道的时空分辨弯晶摄谱仪,测谱范围1 500～2 300 eV,时间分辨约2 ns。分析了谱仪各环节的信号传递和转换过程对系统谱响应的影响。利用该谱仪在“强光一号”加速器(约1.5 MA, 80～100 ns)Al丝阵Z箍缩实验中获得了时间分辨及时间积分的Al等离子体K层辐射谱,记录到了类H、类He离子主要共振线及类Li、类He离子双电子复合伴线。将摄谱结果与分能区X射线图像进行了比较。时间分辨的发射谱相对强度与积分结果有明显不同,反映了等离子体在5～10 ns时间尺度上的电子温度和离子布居变化。     

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     

固体发动机尾焰近红外高光谱计算与仿真

首先介绍固体发动机尾焰中钾原子的来源及其在尾焰中的辐射机理,并基于原子谱线理论对尾焰钾共振双线的光谱线型特征进行分析。然后,采用理想模型及半经验公式法对尾焰流场分布进行数值模拟,通过尾焰的流场参数使用C-G近似法数值计算尾焰钾共振双线的辐射特性。最后,利用大气辐射传输模型计算尾焰中钾共振双线辐射信号经过大气传输后到达探测系统的光谱特征。结果表明,该方法能有效地仿真计算尾焰近红外钾线高光谱精细结构。仿真结果亦表明钾共振双线光谱信号能有效通过大气传输,可作为尾焰探测识别的依据。     

Al等离子体特征辐射时间分辨谱线线形分析

用Nd :YAG脉冲激光烧蚀Al靶获得Al等离子体 ,利用时 空分辨技术采集Al等离子体的辐射信息 ,记录了 10～ 10 0 0 0ns延迟范围内Al等离子体辐射的时间分辨谱 ,通过分析 ,获得了Al等离子体特征谱线AlⅠ 396 15和AlⅠ 394 4 0nm的时间分辨谱。分析了 80 0～ 10 0 0 0ns延迟范围内的谱线线形 ,并分别对两条特征谱线进行了Lorentz函数和Gauss函数拟合。结果发现 ,10 0 0ns延迟以后的谱线是非常规则的Lorentz线形 ;而 10 0 0ns以前的也是Lorentz线形 ,但不十分规则 ;在该延迟范围内 ,所有时间分辨特征谱线与Gauss拟合曲线相差很大 ,说明谱线不是Gauss线形的。参照Lorentz函数拟合结果 ,测量了这两条谱线的半高全宽 ,并与谱线的自然线宽理论值比较。结果发现 ,实验值远大于理论值     

Spectroscopic characterization of aluminum plasma using laser-induced breakdown spectroscopy

A detailed investigation of aluminum plasma induced by a 1064 nm Nd:YAG laser in air was performed. The emission of spectral lines arising from Al I transition at 396.07 nm, Al II transition at 358.46 nm, Al III transition at 360.72 nm and Al IV transition at 363.05 nm were well-resolved. The plasma parameters including electron temperature and electron density were determined through the Boltzmann plot method using the emission line intensities of the same ionized stages of aluminum atoms and the Stark-broadening profiles of Al II emission line, respectively. The temporal evolutions of the spectral lines belonging to atomic and ionic aluminum elements and the plasma parameters were investigated at three different laser pulse energies. Moreover, the validity of local thermodynamic equilibrium was elucidated in our experimental condition.     

序贯试验法激光诱导击穿光谱实验条件优化

采用波长为1064 nm的Nd:YAG脉冲激光作为光源聚焦于铝合金表面产生激光诱导等离子体,使用三光栅光谱仪和门宽控制的ICCD检测光谱信号。实验分析了实验参数对Al Ⅰ 394.40 nm和Al Ⅰ 396.15 nm两条特征谱线强度和信背比的影响。研究表明,ICCD探测延时、ICCD门宽和激光脉冲能量对光谱信号和信背比有较大的影响,其中ICCD门宽变化会引起光谱信号信背比起伏变化。通过优化这些实验参数,确定了最佳实验条件,在低激光脉冲能量下获得了高光谱强度和信背比的信号,为定性和定量分析铝合金成分提供了有利条件。     

Al 3p电子的L-S耦合近似计算

用Nd :YAG脉冲激光器发出的脉冲激光束烧蚀金属Al靶产生Al等离子体。利用时 空分辨技术 ,采集Al等离子体发光信息 ,获得Al原子特征辐射谱。对Al 3p电子的L S耦合进行了类氢粒子的简化处理 ,并用量子力学的相关知识详细地计算了主量子数屏蔽系数α和轨道角动量量子数屏蔽系数s。     

Titanium plasma spectroscopy studies under double pulse laser excitation

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) was applied for parametric studies of titanium (Ti) plasma using single and double pulsed laser excitation scheme. Here a pulsed Nd:YAG laser was employed for generation of laser produced plasma from solid Ti target at ambient pressure. Several ionized titanium lines were recorded in the 312–334 nm UV region. The temporal evolution of plasma parameters such as excitation temperature and electron number density was evaluated. The effect of incident laser irradiance, position of the laser beam focal point with respect to the surface of illumination, single and double laser pulse effect on plasma parameters were also investigated. This study contributes to a better understanding of the LIBS plasma dynamics of the double laser pulse effect on the temporal evolution of various Ti emission lines, the detection sensitivity and the optimal dynamics of plasma for ionized states of Ti. The results demonstrate a faster decay of the continuum and spectral lines and a shorter plasma life time for the double pulse excitation scheme as compared with single laser pulse excitation. For double pulse excitation technique, the emissions of Ti lines intensities are enhanced by a factor of five which could help in the improvement of analytical performance of LIBS technique. In addition, this study proved that to avoid inhomogeneous effects in the laser produced plasma under high laser intensities, short delay times between the incident laser pulse and ICCD gate are required.     

气压对激光烧蚀Al等离子体中粒子速度的影响

在背景气压为8× 10-3— 100Pa范围内 ,通过测量脉冲激光烧蚀平面Al靶产生的等离子体辐射谱的时间分辨特征 ,比较空间不同点辐射的飞行时间轮廓的相对延迟 ,从而得到辐射粒子速度及其空间分布 .利用绝热膨胀的理论和激波模型分别对背景气压小于 0 .6Pa的结果和 5Pa时的结果作了分析 ,并得出激波的波面基本上为柱对称. With the ambient gas pressure in the range from 8×10 -3 to 10 2 Pa, Q-switched YAG laser ablates plane aluminum target and plasma are produced. Optical emission spectroscopy is used to carry out time-resolved analysis of atomic particles. Using the resonance transition of Al I 396.1 nm (3p 2P-4s 2S), the spatiol velocity distribution of Al I has been obtained under the laser energies of 160 mJ/pulse when the ablating size is about 200 μm. The velocity is at the order of 10 6 cm/s...     

激光能量对激光诱导Cu等离子体特征辐射强度、电子温度的影响

利用Nd:YAG激光(波长1 064 nm,脉宽10 ns)烧蚀金属Cu靶获得等离子体 .改变激光脉冲能量,观测到Cu的原子谱线和离子谱线随激光脉冲能量有不同的变化关系, 但都在330 mJ/pulse时,谱线强度达到最大,随后在330 mJ～370 mJ/pulse间出现一小平台 ,能量继续增加,各谱线强度减小.同时,使用烧蚀Cu靶产生的五条原子谱线(465.11 nm,5 10.55 nm,515.32 nm,521.82 nm,529.25 nm)的相对强度,在局部热力学平衡近似下,利用B oltzmann图的最小二乘法拟合,测定了不同激光能量下Cu等离子体的电子温度.随激光能量的增加,电子温度近似单调地从1.02×104 K上升到1.46×104 K后,反而有所下降.     

实验参数对激光诱导铝合金产生等离子体光谱的影响

利用Nd∶YAG脉冲激光诱导击穿2519A铝合金产生等离子体光谱,采用光谱仪检测和记录了Al和Cu的原子谱线,并研究了不同实验参数或条件对该谱线的影响。结果表明,透镜到样品表面距离、探测角度、激光脉冲能量、观测高度和环境气压大小对实验分析性能,如谱线强度、信背比和实验可重复性等均有较大的影响,通过设置适当的实验条件可以获得最佳的实验结果。     

Double pulse UV laser induced breakdown spectroscopy of stainless steel

Results of experimental investigations of 304 austenitic stainless steel (ASS) ultraviolet spectral range by single and double pulse laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) at atmospheric pressure are reported. Various parameters, such as laser energy, placement of the laser beam focus with respect to the surface of illumi-nation, and collinear double laser pulse delay were used as variables. This study contributes to a better under-standing of the LIBS plasma dynamics by observing the temporal evolution of various emission lines. Temperature measurements were made by the Boltzmann diagram method using singly ionized Fe lines, and electron densities were found from Stark broadening. The temporal behaviors of these parameters were also estimated. It was found that the electron temperature for double pulses is higher than that for single pulse of the same total energy. For double pulse LIBS, the iron line emission intensities are enhanced and the analytical performance is improved. For instance, the intensity of iron line Fe I 275.01 nm was a factor of about 300 times higher if a double pulse of 2 × 20 mJ was used instead of a single pulse of 40 mJ when focusing the beam 4.7 mm behind the target surface. Published in Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 79, No. 5, pp. 654–660, 2006.     

K-Ar光学碰撞精细结构分支比

用激光激发K－Ar混合气体,KAr分子激发态离解到K 4P1／2和4P3／2态,测定在不同Ar密度下K D1与D2线荧光强度比,得到离解率之比和精细结构转移截面。