等离子体效应对类氦氖Kα线系电偶极辐射的影响

采用离子球模型，通过自洽求解Boltzmann方程和Poisson方程，得到类氦氖离子Kα线系的两条电偶极辐射光谱能量随等离子体环境的漂移.结果显示，Kα线系电偶极谱线随等离子体电子密度增大发生红移，红移量与等离子体电子密度有近似的正比关系；随着等离子体电子温度的降低，光谱红移对等离子体电子密度的敏感性增大.另外，所研究的两条谱线间的能量间隔随等离子体电子密度的增大而减小，减小量随等离子体电子密度的变化也呈现出近似的线性规律.值得注意的是，类氦氖Kα线系中两条电偶极谱线分别为互组合线与共振谱线，而其能量差就是1s2p(³P₁)的交换能，因此进一步发现能级中交换能将随等离子体环境变化的规律.所观察到的光谱红移和精细结构分裂在高密度等离子体中都有明显的变化，对探索高密度等离子体的诊断新方法有重要意义. 关键词： 光谱漂移 交换能 等离子体 类氦离子     

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采用离子球自洽玻尔兹曼方程和泊松方程,得到了类氦Cr离子kα线系的两条电偶极辐射光谱能量随不同等离子体环境的变化关系.分析了光谱能量漂移量和kα线交换能随等离子体环境变化的关系,给出了光谱能量漂移量随等离子体环境参数变化的公式.结果表明,光谱能量漂移量随等离子体电子密度变化呈现出很好的线性.关系.     

Ti类氦Kα线在高温稠密等离子体中的漂移

采用离子球模型,通过自洽求解Dirac方程和Poisson方程,得到类氦Ti离子Kα线系的两条电偶极辐射光谱能量随不同等离子体环境的变化关系.同时分析了束缚电子交换能随等离子体环境的变化规律.结果表明：光谱能量漂移量随等离子体电子密度变化呈现出很好的线性关系.对此,拟合得到Ti类氦Kα线光谱能量漂移量随等离子体环境参数变化的公式,对探索高温高密度等离子体诊断方法具有一定意义. 关键词： 类氦离子 自洽场离子球模型 光谱漂移 等离子体诊断     

类氢氖在高温高密度等离子体中的光谱漂移

 采用离子球模型，通过自洽求解Poisson方程和Dirac方程，得到氖的类氢离子低能级组态的能级能量随等离子体电子温度和电子密度的变化关系，进一步研究了等离子体电子温度和电子密度对光谱漂移的影响。结果表明：光谱漂移随着等离子体电子密度的增大而增大，随着电子温度的升高而减小；谱线精细结构分裂随着电子密度的增大而减小，随着电子温度的升高而增大。等离子体对束缚电子的屏蔽是决定光谱漂移的主要原因。这些变化规律不仅对等离子体光谱模拟结果产生影响，而且使实验上观测光谱的相对或绝对漂移成为可能，从而为高密度等离子体诊断的新方法提供了理论依据。     

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.     

ICP等离子体鞘层附近区域发光光谱特性分析

为了独立控制鞘层附近区域离子密度和离子能最分布,采用光发射谱(OES)测量技术,对不同射频功率、放电气压和基底偏压下感应耦合等离子体鞘层附近区域辉光特性进行了研究.原子谱线和离子谱线特性分析表明,在鞘层附近区域感应耦合等离子体具有较高的离子密度和较低的电子温度.改变放电气压和射频功率,对得到的光谱特性分析表明,鞘层附近区域离子密度随射频功率的增大而线性增大,在低压下随气压的升高而增大.低激发电位原子谱线强度增加迅速,高激发电位原子谱线强度增加缓慢,而离子谱线强度增加很不明显.改变基底直流偏压,对得到的发射光谱强度变化分析表明,谱线强度随基底正偏压的增加而增大.随着基底负偏压的加入,谱线强度先减小而后增大;直流偏压为-30 V时,光谱强度最弱.快速离子和电子是引起Ar激发和电离过程的主要能量来源.     

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.     

激光能量对粉煤灰未燃碳测量的影响

搭建了基于激光诱导击穿光谱技术的成分分析应用研究台架,应用于粉煤灰未燃碳的检测,考察不同能量的脉冲激光烧蚀粉煤灰样品时的等离子体特性。使用多通道光纤光谱仪和CCD探测器对激光烧蚀形成的等离子体发射信号进行分光和探测。分析碳谱线强度、等离子体温度和电子密度随激光能量变化的趋势,掌握激光能量对粉煤灰未燃碳测量的影响规律。研究结果显示,随着激光能量的增大,碳谱线强度、等离子体温度和电子密度均先增大后减小,空气击穿明显增强。随后碳谱线强度的变化趋于平缓并开始下降。合适的激光能量可以增强等离子体发射信号,并避免强烈空气击穿的不利影响,有助于提高测量精度。     

多脉冲高能量强激光诱导产生Al等离子体发射光谱分析

 用Nd:YAG脉冲激光器产生的1.064 μm激光,在空气环境下作用于金属Al诱导产生等离子体,获得了不同能量以及多次脉冲烧蚀下的Al等离子体发射光谱,分析了谱线强度与能量变化之间的关系,实验结果表明：随激光能量的增加,谱线的信号强度明显增强;对等离子体光谱进行Lorentz线型拟合,获取了谱线的半高宽,以此来计算电子密度,得到了电子密度及信号强度随多脉冲强激光诱导次数的增加而逐渐下降的演化规律。     

样品形态对燃煤的激光烧蚀特性影响分析

将激光诱导击穿光谱技术应用于煤质检测,分析了燃煤形态对激光烧蚀特性的影响.利用532 nm激光在大气常压环境下烧蚀样品.同时使用多通道光纤光谱仪和CCD探测器对激光烧蚀形成的等离子体发射信号进行分光和探测.对比分析两种不同形态煤样的等离子体温度、电子密度以及元素特征谱线强度随脉冲能量变化的规律.实验研究表明,样品形态对燃煤的激光烧蚀特性有显著影响.不问形态燃煤的等离子体温度、电子密度以及元素特征谱线强度随脉冲能量的变化规律有所不同.相同实验条件下,粉状煤样形成的等离子体温度和电子密度均比块状煤样的高,但块状煤样的元素特征谱线强度则更大.     

飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究

对中心波长为800 nm,脉宽为100 fs的激光脉冲烧蚀空气中硅(111)产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究. 结果表明,在等离子体羽膨胀初期(小于50 ns时间范围内),等离子体发射光谱主要由连续光谱构成,此后连续光谱强度逐渐减弱,线状光谱开始占主导地位;在羽体膨胀过程中离子谱线的存在时间短于原子谱线的存在时间. 由时间分辨发射光谱发现在羽体膨胀过程中等离子体辐射波长存在红移现象,波长红移量随时间演化呈二次指数衰减. 最后给出等离子体发射光谱谱线强度的时空演化规律. 关键词： 飞秒激光 脉冲激光烧蚀 等离子体 发射光谱     

梯度分布球颗粒复合介质的介电特性和光吸收特性

研究球形颗粒复合介质沿颗粒半径方向有梯度分布的有效介电响应和光吸收性质,利用微分有效偶极距近似方法计算有梯度分布球颗粒的等效介电常数.数值计算结果表明,对于一般的球形粒子,介电常数随半径按幂指数规律变化时,系统的有效介电常数随指数n的增大而减小;而对金属球形粒子,则存在等离子体共振吸收峰,且随参数mw和mv的增大,其位置将发生红移.这为复合材料的制备提供了一种新的理论依据.     

Stark线形与ICF等离子体诊断

本文理论计算了ICF等离子体中离子或原子的发射谱线线形函数,该线形主要是由Stark效应产生的.我们的研究表明该谱线线形函数的宽度随电子温度变化很缓慢,而随电子密度变化很敏感.结合局部热动平衡理论,并利用实验测量的氩(Ar)和硫(S)的α线与β线的线强比,分别估算出等离子体的电子温度为885 eV和793 eV.通过理论计算的Stark线形函数与ICF实验谱线的比较,估算出ICF等离子体的电子密度Ne=1.0×1024.     

激光诱导Ti等离子体电子温度的实验研究

室温,常压下,利用Nd∶YAG脉冲激光器产生的波长为1 064 nm, 脉宽12 ns,能量分别180, 230和280 mJ的脉冲激光冲击Ti靶,使用中阶梯光栅光谱仪检测了三种激光能量下对应的光谱。调节延时器DG645的延迟时间,检测了延迟0～500 ns时间范围内Ti等离子体对应激光能量下的发射光谱,分析光谱,可以得到了九条不同的的TiⅠ 和TiⅡ等离子体谱线,证明在该实验条件下,Ti靶能够充分吸收能量电离且离子谱线具有不同的演化速率,利用Saha-Boltzmann法计算并分析Ti等离子体电子温度,实验结果表明：相同的延迟时间,激光能量越大,谱线相对强度越大,电子温度越高,谱线相对强度的变化量随激光能量的变化量增大而增大;在延时0～150 ns内,三种激光能量下的等离子体电子温度和谱线的相对强度都随延迟时间的增加而快速下降,其中280 mJ激光能量下的等离子体电子温度和谱线强度下降速率较快;在150～250 ns范围内,电子温度和谱线强度均随延迟时间的增加有一个缓慢的上升,180 mJ激光能量下的等离子体电子温度和谱线强度的上升速率较快。250～500 ns范围内,三种激光能量下的电子温度和谱线强度均随延迟时间的增加而缓慢下降。     

原子发射光谱法研究SCB放电特性

半导体桥(SCB)通过桥膜放电进行含能材料的点火,具有低点火能量、高安全性以及能与数字逻辑电路组合等优点.文章利用原子发射光谱技术研究了其放电特性.首先用Cu原子谱线510.5和521.8 nm进行温度测垦,用Si原子谱线390.5 nm和Si离子线413.0 nm进行电子密度测量,同时获得SCB放电温度和电子密度随时间分布的测量结果.在放电电压为20 V,充电电容为47 μF条件下,1.0 Ω的SCB放电温度分布在2 500～4 300 K之间,电子密度约为1016 cm-3左右.然后根据光谱诊断结果,结合等离子体成立的空间尺度和时问尺度条件,判断两种规格的SCB的放电行为是否产生等离子体.该研究结果为SCB桥体的设计以及点火方式的控制提供了理论依据.也为瞬态小尺寸等离子体的判断和诊断提供了一种参考方法.     

极化X光谱诊断铝激光等离子体的电子密度

为了准确诊断激光等离子体的电子密度,提出了一种基于极化光谱的类氦共振线与互组合线相对强度比诊断电子密度的方法.该法考虑了激光等离子体发射的X射线存在极化的特性,用极化光谱理论对测量的类氦共振线和互组合线光谱相对强度比进行精密校正,再推导等离子体的电子密度.在2×10 J激光装置上进行了实验,使用极化PET（002）晶体谱仪测量了Al类氦离子光谱,利用光谱的极化特性推出Al等离子体的电子密度约为1.5×1020 cm－3.结果表明极化X光谱推导等离子体电子密度方法适合激光高温高密等离子体诊断.     

外加电场对激光诱导Al等离子体发射光谱的影响

在低压环境下,由Nd:YAG脉冲激光器产生的1.06 μm激光烧蚀金属Al靶产生等离子体,观测了外加电场下其空间分辨发射光谱,并由此分析了谱线相对强度、谱线展宽随外加电压的演化特性.结果发现:原子谱线强度及其半高全宽随外加电压的增加均有明显增大,而离子谱线受外加电压的影响较小.从微观机制上分析推断:外加电场使非稳态等离子体中的电子作定向运动,加剧电子与原子之间的碰撞是上述结果的主要原因.此外,由发射光谱线的Stark展宽计算了等离子体电子密度,并由实验结果讨论电子密度随外加电压的演化特性和空间演化特性.     

硝基苯在BMimPF6中的紫外光谱及电还原特性

应用紫外光谱和循环伏安法研究了硝基苯和离子液体BMim PF6的相互作用及其电还原特性。结果表明,硝基苯与紫外光谱受离子液体作用的影响,硝基的吸收峰红移,末端吸收消失。硝基苯电还原的传递系数α随浓度变化而减小。扩散系数D随浓度升高先降低后稍升高。     

SiH4激光等离子体内H谱线的线型研究

本工作利用光学多道分析仪(OMA Ⅲ)测量了脉冲TEA CO₂激光诱发的SiH₄等离子体内H Balmer系的H_α,H_σ和H_γ线的线型。结果表明,三条谱线的FWHM(半值全宽度)随跃迁上能级的主量子数的增加而增加,即△λ_1/2(H_α)<△λ_1/2(H_β)<△λ_1/2(H_γ)。通过对等离子体内各类加宽机制的讨论,得出等离子体内谱线的主要加宽机制为Stark加宽。由H_α线的实验线型与Stark加宽理论线型的拟合,得到等离子体的两个重要参量,平均电子密度N≈10¹⁷cm^-3,电子温度T≈40 000K。由H_β线的时间分辨测量得到等离子体的电子密度随时间的演变曲线。 关键词：     

用He-like离子特征谱线测量等离子体电子温度和电子密度

本文详细叙述了利用He-like离子的特征谱线诊断等离子体的电子密度和电子温度的方法,给出了共振线与双电子伴线的强度比随电子温度的变化曲线和共振线与互组合线的强度比随电子密度的变化曲线。并且根据实验测得的上述两组谱线的强度比,定出激光产生等离子体的电子温度和电子密度。