激光脉冲能量对激光烧蚀保护气体电离的影响

用Ar气作保护气体 ,气压保持在一个标准大气压 ,用Nd :YAG脉冲激光烧蚀Al靶获得等离子体。利用时空分辨技术 ,采集了激光脉冲能量在 5 2 ,92 ,115和 14 5mJ情况下等离子体辐射的时空分辨谱。详细描述了 115mJ时等离子体的辐射特征 ,简要分析了其他脉冲能量下Ar的特征辐射规律。根据这些脉冲能量下Ar 特征谱线的分布规律 ,简要论述了Ar气体电离与激光脉冲能量的关系。讨论了环境气体电离机制 ,并对结果进行了简单解释。结果发现 ,在本实验采用的能量范围内 ,较高的脉冲能量更容易使环境气体电离 ,产生较强的Ar 离子辐射 ,且Ar 辐射持续时间较长。     

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。     

Application of multiquantum ionization to measuring the ionization potentials of atoms and molecules of substances in the gas phase

A technique for measuring the ionization potentials of atoms and molecules is suggested which is distinguished by its accuracy and simplicity. N. E. Zhukovskii Air Force Engineering Academy, 40, Leningradskii Ave., Moscow, 125167, Russia. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 64, No. 6, pp. 842–844, November–December, 1997.     

环境气体对激光诱导Al等离子体光谱的影响

调QNd:YAG脉冲激光(波长1.06μm,脉冲宽度10ns,能量42mj/pulse)烧蚀平面Al靶,在垂直靶面方向,利用光学多道分析系统(OMA),测量了激光诱导产生的等离子体发射光谱分别在环境气体为Air,N2和Ar,气压范围分别在10-2Torr,152Torr,304Torr,532Torr和760Torr下的空间分布。实验表明,随着环境气体压强的增大,光谱的空间分布被压缩,且谱线强度的峰值向靶面方向移动;在相同的气压下,Ar环境下产生的光谱强度明显大于在Air和N2环境下产生的光谱强度;在气压为152Torr的不同环境气体下,均发现光谱在离靶面很近的地方(约0.5mm～1.0mm)减小,甚至消失;在Ar环境气体下,谱线396.1nmAlⅠ的空间分布随着与靶面距离的增大,谱线位置向短波方向有约0.03nm(对应OMA探头的一个二极管阵列)的移动,而谱线394.4nmAlⅠ的移动不太明显。     

Effect of ambient gas on structural and optical properties of titanium oxynitride films

Titanium oxynitride films have been deposited on glass substrates by reactive RF magnetron sputtering of titanium target. The influence of oxygen partial pressure in N₂ + Ar and N₂ + He mixtures was examined on structural and optical properties of titanium oxynitride films. The prepared samples were characterized by X-ray diffraction, EDS, surface profilometer, AFM and contact angle measurement system. With increase in oxygen partial pressure, the grain size decreases from ∼70 nm to ∼50 nm in N₂ + Ar mixture, while from ∼60 nm to ∼37 nm in N₂ + He mixture. The thickness calculated from optical transmission data and surface profilometer is in good agreement with each other. The deposited samples are hydrophobic by nature and the contact angle was found to decrease with increase in oxygen partial pressure. Samples prepared in oxygen partial pressure ≥5.5% show transmittance of about 97% in the visible region of the spectrum in both N₂ + Ar and N₂ + He mixtures. The atomic mass of the sputtering gas (Ar and He) significantly affects the primary crystallite size, orientation as well as band gap. We were able to relate the better crystallisation of titanium atoms with low partial pressure of oxygen when films are deposited in helium instead of argon due to Penning ionization.     

Cooper极小值对基态原子多光子电离谱的影响

考虑到残留离子势对末态光电子的影响利用ＨＦＳ自洽场方法和改进的ＫＦＲ方法,研究了在圆偏振强激光场中,基态原子外壳层电子的多光子电离过程。发现在现有条件下,Ｃｏｏｐｅｒ极小值对ｐ、ｄ态电子的多光子电离谱没有影响,或者影响甚微,对ｓ态电子多光子电离谱的影响是广泛和深刻的,而且这一影响的程度与光子的能量和光场强度有较强的依赖关系。     

Effect of polarization spectroscopy in multitep excitation and ionization of atoms on ionization efficiency

In this peper, the seventeen real motion equation of atoms were shown for the first time inconsiderlng the polarization choices of laser lights. The importance of polarization spectrcoscopy in thedetermination of ionization yields of multi-step excitation and ionization of atoms (MSEIA) wasshown.     

The effect of ambient pressure on laser-induced plasmas in air

A detailed investigation of the effect of ambient pressure in the range of 0.1 to 1.0 atm on the size, temperature, electron number density, and fraction of laser energy absorbed in a laser-induced plasma in air has been conducted. As pressure is reduced the size of the plasma, its electron number density, its peak emission intensity, and the fraction of incident laser energy that is absorbed are all found to decrease significantly. The temporal temperature profile in the plasma and the fraction of the absorbed laser energy that is converted to thermal energy in the plasma remain constant, at least down to 0.2 atm.     

气体压强及表面等离激元影响表面波等离子体电离发展过程的粒子模拟

基于表面等离激元 (SPP) 的表面波等离子体 (SWP) 源, 具有高密度、低温度及高产率等优异性能, 其应用在电子器件微纳加工、材料改性等领域. 但由于SPP激励SWP放电的电离过程难于用理论分析和实验测量描述, 因而SWP源均匀稳定产生的电离发展过程一直未研究清晰. 本文以SWP放电的数值模拟为研究手段, 采用等离子体与电磁波相互作用的粒子模拟 (PIC) 方法, 结合蒙特卡罗碰撞 (MCC) 方法处理碰撞效应的优势, 研究气体压强影响电离过程的电磁能量耦合机理. 模拟结果表明SWP的高效产生是SPP的局域增强电场致使, 气体压强能够改变波模共振转换的出现时刻而影响了SWP的电离发展过程. 本文的研究成果展示了SPP维持SWP放电的电离过程, 可为下一代米级SWP源的参数优化提供设计建议. 关键词： 表面波等离子体 表面等离激元 粒子模拟 电离过程     

Ultraviolet laser ionization studies of 1-fluoronaphthalene clusters and density functional theory calculations

This paper studies supersonic jet-cooled 1-fluoronaphthalene(1FN) clusters by ultraviolet(UV) laser ionization at 281 nm in a time-of-flight mass spectrometer.The(1FN) + n(n=1-3) series cluster ions are observed where the signal intensity decreases with increasing cluster size.The effects of sample inlet pressures and ionization laser fluxes to mass spectral distribution are measured.Using density functional theory calculations,it obtains a planar geometric structure of 1FN dimer which is combined through two hydrogen bonds.The mass spectra indicate that the intensity of 1FN trimer is much weaker than that of 1FN dimer and this feature is attributed to the fact that the dimer may form the first "shell" in geometric structure while the larger clusters are generated based on this fundamental unit.     

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

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

丁酮分子的多光子电离-离解机理

研究了丁酮分子经(n0,3d)共振的多光子电离-离解机理(MPID).多光子电离-飞行时间质谱测得的主要离子产物是C2H3O+和CH3CH+2,C2H3O+的强度为CH3CH+2的2～5倍,还有少量C2H+2,C2H+3和CH+3离子,未见到母体离子.主要离子产物的分质量多光了电离谱结构相似,而各离子产物的光强指数不同.实验结果说明丁酮分子的多光子电离-离解机理符合母体离子阶梯模型,文中用梯开关模型对主要产物离子的产生机理进行了解释.     

Quantum explanation for time—phase relations in radiation of the plasma induced by laser ablating aluminum

1　ＩＮＴＲＯＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐｗａｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇ .1,ｅｘｈａｕｓｔｉｖｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｓｅｔｕｐａｎｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｃｑｕｉｒｉｎｇｄａｔａｈａｓａｌｒｅａｄｙ ｇｉｖｅｎｉｎｒｅｌａｔｉｖｅｄｏｃｕｍｅｎｔ[1] ,ｎｏｗｗｅｄｏｅｘｃｅｓｓｉｖｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｎｏｌｏｎｇｅｒ .2　ＲＥＳＵＬＴＡＮＤＤＩＳＣＵＳＳＩＯＮＲｅｓｕｌｔ:ｅａｒｌｉｅｒｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅｐｌａｓｍａｒａｄｉａｔｉｎｇｗｅｒｅｓｈｏｗ…     

Multiphoton and tunneling ionization of atoms in an intense laser field

We study the ionization probabilities of atoms by a short laser pulse with three different theoretical methods,i.e.,the numerical solution of the time-dependent Schro¨dinger equation(TDSE),the Perelomov-Popov-Terent’ev(PPT) theory,and the Ammosov-Delone-Krainov(ADK) theory.Our results show that laser intensity dependent ionization probabilities of several atoms(i.e.,H,He,and Ne) obtained from the PPT theory accord quite well with the TDSE results both in the multiphoton and tunneling ionization regimes,while the ADK results fit well to the TDSE data only in the tunneling ionization regime.Our calculations also show that laser intensity dependent ionization probabilities of a H atom at three different laser wavelengths of 600 nm,800 nm,and 1200 nm obtained from the PPT theory are also in good agreement with those from the TDSE,while the ADK theory fails to give the wavelength dependence of ionization probability.Only when the laser wavelength is long enough,will the results of ADK be close to those of TDSE.     

火焰中自由基OH的激光增强电离光谱

用2824～2838A波段的紫外激光,共振激励火焰中产生的自由基OH,检测它的离化信号,得到了紫外2830A附近OH的光谱带,它对应于X~2π→A~2∑(v=0→1)的跃迁。测量到的20多条谱线与火焰发射光谱结果符合极好。这种方法提供了一种检测自由基及诊断火焰的新途径。     

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。     

264～280 nm波段萘的共振增强多光子电离研究

在我们自己研制的具有恒温加热进样系统的激光质谱仪上实验获得了气相萘分子的共振增强多光子电离/飞行时间质谱(REMPI-TOFMS),以及萘母体离子C10H8 和一些主要碎片离子C8H6 、C6H6 、C5H3 、C4H3 、C3H3 在264~280 nm的分质量光谱.结合在266 nm激发波长下实验得到的这些离子的光强指数及不同激光能量下的分支比,对母体离子及主要碎片离子的生成机理进行了探讨:在该波段范围内,萘母体分子首先吸收一个光子从基态跃迁至激发态,激发态分子再吸收一个光子而电离产生母体离子C10H8 ;碎片离子C8H6 、C6H6 、C5H3 、C4H3 、C3H3 则是由母体离子进一步吸收光子解离形成的,并给出了可能的解离通道.     

气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性的影响

环境气体的压强对激光诱导等离子体特性有重要影响.基于发射光谱法开展了气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性影响的研究,探讨了气体压强对空气等离子体发射光谱强度、电子温度和电子密度的影响.实验结果表明,在10-100 kPa空气压强条件下,空气等离子体发射光谱中的线状光谱和连续光谱依赖于气体压强变化,且原子谱线和离子谱线强度随气体压强的变化有明显差别.随着空气压强增大,激光击穿作用区域的空气密度增加,造成激光诱导击穿空气几率升高,从而等离子体辐射光谱强度增大.空气等离子体膨胀区域空气的约束作用,增加了等离子体内粒子间的碰撞几率以及能量交换几率,并且使离子-电子-原子的三体复合几率增加,因此造成原子谱线OⅠ777.2 nm与NⅠ821.6 nm谱线强度随着气体压强增大而增大,在80 kPa时谱线强度最高,随后谱线强度缓慢降低.而离子谱线N Ⅱ 500.5 nm谱线强度在40 kPa时达到最大值,气体压强大于40 kPa后,谱线强度随压强增加而逐渐降低.空气等离子体电子密度均随压强升高而增大,在80 kPa后增长速度变缓.等离子体电子温度在30 kPa时达到最大值,气体压强大于30 kPa后,等离子体电子温度逐渐降低.研究结果可为不同海拔高度的激光诱导空气等离子体特性的研究提供重要实验基础,为今后激光大气传输、大气组成分析提供重要的技术支持.     

激光微区发射光谱谱线品质的研究

利用单脉冲YAG激光、YGJ Ⅱ激光微区分析仪结合光电检测系统 ,在减压氩气环境下实验研究了金属分析样品发射光谱中CuⅠ 32 4 7nm和CuⅠ 32 7 4nm的时间特性、谱线强度及空间分布 ,并与空气环境下的实验结果进行了比较。实验结果表明在减压氩气环境下 ,激光微区发射光谱与环境气体、环境气压和辅助激发参数密切相关。当辅助电极端面直径为 1 5mm、辅助电极距分析样品表面高度为 4mm、辅助电极间距为3mm、辅助激发电压为 1 30 0V、氩气压力 33 2kPa时 ,CuⅠ 32 4 7nm和CuⅠ 32 7 4nm谱线的发射时间比空气下延长了 50 0 μs,谱线强度约为相同气压空气环境下的 4倍 ,约为 1个大气压空气环境下谱线强度的 2倍 ,谱线的半最大值宽度明显变窄。因此氩气环境延长了谱线的发射时间 ,减少了自吸效应 ,使谱线强度明显增强 ,谱线品质得到显著改善。     

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