激光诱导铝合金E414d等离子体电子温度的空间分布

采用调Q Nd:YAG脉冲激光诱导铝合金E414d,研究了等离子体的谱线强度、电子温度和电子密度。建立Al (Ⅰ) 256.80 nm、Al (Ⅰ) 308.21 nm和Al (Ⅰ) 396.15 nm的波耳兹曼平面,实验发现距靶面高度1.5 mm处等离子体的电子温度最高。罗仑兹函数拟合Mg (Ⅰ) 285.21 nm得到等离子体的电子密度是1.9×1018 cm-3,远大于局域热力学平衡所需的电子密度值9.8×1015 cm-3,证明实验得到的等离子体满足局部热力学平衡。     

纳秒激光诱导紫铜黄铜等离子体特征参数的对比研究

基于1064 nm Nd:YAG激光器,对比研究了紫铜和黄铜等离子的特征参数。洛仑兹函数拟合Cu I 324.75 nm得到紫铜和黄铜等离子体的电子密度分别是3.61017 cm-3和3.31017 cm-3。为了减小谱线自发辐射跃迁几率不确定性和测量误差带来的计算误差,采用改进型迭代玻耳兹曼算法精确求解紫铜等离子体和黄铜等离子体的电子温度分别是6316 K和6051 K,分析表明,两种等离子体特征参数的差异主要是由于黄铜中的锌元素的电离能（9.39 eV）大于铜元素的电离能（7.72 eV）而造成的。实验数据证实激光诱导的紫铜和黄铜等离子体满足局部热力学平衡模型和光学薄模型。     

纳秒激光诱导紫铜黄铜等离子体特征参数的对比研究

基于1064 nm Nd:YAG激光器,对比研究了紫铜和黄铜等离子的特征参数。洛仑兹函数拟合Cu I 324.75 nm得到紫铜和黄铜等离子体的电子密度分别是3.61017 cm-3和3.31017 cm-3。为了减小谱线自发辐射跃迁几率不确定性和测量误差带来的计算误差,采用改进型迭代玻耳兹曼算法精确求解紫铜等离子体和黄铜等离子体的电子温度分别是6316 K和6051 K,分析表明,两种等离子体特征参数的差异主要是由于黄铜中的锌元素的电离能（9.39 eV）大于铜元素的电离能（7.72 eV）而造成的。实验数据证实激光诱导的紫铜和黄铜等离子体满足局部热力学平衡模型和光学薄模型。     

纳秒激光诱导紫铜黄铜等离子体特征参数的对比研究(英文)

基于1064nm Nd:YAG激光器,对比研究了紫铜和黄铜等离子的特征参数。洛仑兹函数拟合Cu I 324.75nm得到紫铜和黄铜等离子体的电子密度分别是3.6×1017 cm-3和3.3×1017 cm-3。为了减小谱线自发辐射跃迁几率不确定性和测量误差带来的计算误差,采用改进型迭代玻耳兹曼算法精确求解紫铜等离子体和黄铜等离子体的电子温度分别是6316K和6051K,分析表明,两种等离子体特征参数的差异主要是由于黄铜中的锌元素的电离能(9.39eV)大于铜元素的电离能(7.72eV)而造成的。实验数据证实激光诱导的紫铜和黄铜等离子体满足局部热力学平衡模型和光学薄模型。     

飞秒激光成丝诱导Cu等离子体的温度和电子密度

研究了飞秒激光成丝诱导铜击穿光谱,利用光发射光谱对产生的铜等离子体光谱强度沿着丝长度进行了测量,获得了在不同样品与聚焦透镜间距离的Cu(I)的强度分布.结果显示,由于强度钳箍效应成丝诱导的光谱在较大的透镜样品间距离范围内有较强的辐射强度.另外,利用玻尔兹曼图和斯塔克展宽计算了整个成丝繁衍距离中Cu等离子体温度和电子密度.     

1064 nm Nd:YAG激光诱导铁等离子体特征参数的研究

利用1064 nm Nd:YAG激光器研究了激光诱导铁条等离子体的特征参数。为了减小测量误差和谱线自发辐射跃迁几率不确定性带来的计算误差,采用改进的迭代Boltzmann方法精确求解铁等离子体的电子温度为8058 K。Lorentz函数拟合Fe I 376.553 nm得到等离子体的电子数密度为8.71017 cm-3。分析表明等离子体的加热机制主要是逆轫致过程,其吸收系数是0.14 cm-1。实验数据证实激光诱导铁等离子体处于局部热力学平衡状态和光学薄状态。     

1064 nm Nd:YAG激光诱导铁等离子体特征参数的研究

利用1064 nm Nd:YAG激光器研究了激光诱导铁条等离子体的特征参数。为了减小测量误差和谱线自发辐射跃迁几率不确定性带来的计算误差,采用改进的迭代Boltzmann方法精确求解铁等离子体的电子温度为8058 K。Lorentz函数拟合Fe I 376.553 nm得到等离子体的电子数密度为8.71017 cm-3。分析表明等离子体的加热机制主要是逆轫致过程,其吸收系数是0.14 cm-1。实验数据证实激光诱导铁等离子体处于局部热力学平衡状态和光学薄状态。     

激光诱导Cu等离子体特性研究

实验在大气环境下测定激光诱导Cu等离子体的时间分辨发射光谱,通过对ICCD门宽、ICCD与激光脉冲延迟、增益、激光能量等参数的调节来达到最佳的时间分辨光谱.利用最佳光谱图,通过测定的光谱强度和Stark展宽计算激光诱导Cu等离子体的电子温度和电子密度,得出激光诱导Cu等离子体的电子温度和电子密度时间演化特性.结果表明在本实验条件下延时100-1000 ns范围内变化时,相应的电子温度范围为15000 K-5000 K,在200 ns-500 ns时下降的很快,在500 ns后电子温度下降的越来越平稳;延时在200-900 ns之间变化,等离子体的电子密度一直在下降,延时200-600 ns下降着延时的增加的平缓,600-900 ns下降的很快,随着时间的演化,电子密度也越来越小.     

样品温度对纳秒激光诱导Cu等离子体特征参数的影响

为了研究样品温度对激光诱导击穿Cu等离子体特征参数的影响,以黄铜为研究对象,在优化的实验条件下采用波长为532 nm的Nd∶YAG纳秒脉冲激光诱导激发不同温度下的块状黄铜,测量了Cu等离子体的特征谱线强度和信噪比;同时在局部热平衡条件下利用Boltzmann斜线法和Stark展宽法分析计算了不同的样品温度条件下等离子体电子温度和电子密度。实验结果表明,在激光功率为60 mW时,随着样品温度的升高,Cu的特征谱线强度和信噪比逐渐增加,样品温度为130 ℃时达到最大值,然后趋于饱和。计算表明,黄铜样品中Cu元素Cu Ⅰ 329.05 nm,Cu Ⅰ 427.51 nm,Cu Ⅰ 458.71 nm,Cu Ⅰ 510.55 nm,Cu Ⅰ 515.32 nm,Cu Ⅰ 521.82 nm, Cu Ⅰ 529.25 nm,Cu Ⅰ 578.21 nm八条谱线在130℃的相对强度相较于室温（18 ℃）下分别提高了11.55倍、4.53倍、4.72倍,3.31倍、4.47倍、4.60倍、4.25倍、4.55倍,光谱信噪比分别增大了1.35倍,2.29倍、1.76倍、2.50倍、2.45倍、2.28倍、2.50倍,2.53倍。分析认为,升高样品温度会增大样品的烧蚀质量,相对于温度较低状态增加了等离子体中样品粒子浓度,进而提高等离子体发射光谱强度。所以,适当升高样品温度能够提高谱线强度和信噪比,从而增强LIBS技术检测分析光谱微弱信号的测量精度,改善痕量元素的检测灵敏度。同时研究了改变样品温度时等离子体电子温度和电子密度的变化趋势。计算表明,当样品温度从室温上升到130 ℃的过程中,等离子体的电子温度由4 723 K上升到7 121 K时基本不再变化。这种变化规律与发射谱线强度和信噪比变化趋势一致。分析认为,这主要是由于在升高样品温度的初始阶段,激光烧蚀量增大,等离子体内能增大,从而导致等离子体电子温度升高。当激光烧蚀样品的量达到一定值后不再变化,激光能量被激发溅射出来的样品蒸发物以及尘粒的吸收、散射和反射,导致激光能量密度降低,电子温度趋于饱和,达到某种动态平衡。选用一条Cu原子谱线（324.75 nm）的Stark展宽系数计算激光等离子体的电子密度,同时研究改变样品温度时等离子电子密度的变化趋势,计算表明在样品温度为130 ℃时,Cu Ⅰ 324.75 nm对应的等离子电子密度相较于室温（18 ℃）条件下增大了1.74×1017 cm-3。该变化趋势与电子温度的变化趋势一致。适当升高样品温度使得电子密度增大,从而提高电子和原子的碰撞几率,激发更多的原子,这是增强光谱谱线强度的原因之一。由此可见,升高样品温度是一种便捷的提高LIBS检测灵敏度的有效手段。     

激光诱导氮气等离子体时间分辨光谱研究及温度和电子密度测量

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种重要的分析手段被广泛应用于材料分析、环境监测等领域.特别是随着大气污染问题的日趋严重,基于LIBS的大气污染在线监测分析技术快速发展,氮气等离子体特性的时间演化规律对研究激光诱导大气等离子体动力学和发展大气污染监测的LIBS技术具有重要意义.而温度和电子数密度作为表征等离子体状态最重要的参数,直接影响着等离子体形成、膨胀和退化中的动力学过程以及等离子体中的能量传输效率.本文利用等离子体时间分辨光谱,研究了连续背景辐射、分子谱线强度及信背比(分子谱线与连续背景辐射的比值)在等离子体演化过程中的变化规律,结果显示连续背景辐射寿命在700 ns左右,N_2~+(B~2Σ_u~+-X~2Σ_g~+,v:0-0)跃迁谱线强度在12—15μs范围内达到最大值,信背比随时间呈现上升、稳定的趋势,因此利用N+2分子离子第一负带系(B~2Σ_u~+-X~2Σ_g~+)研究等离子体温度的观测窗口应选择在10—25μs之间;基于双原子光谱理论,通过拟合实测光谱和仿真光谱研究了大气压下激光诱导氮气等离子体温度随时间的演化趋势,由于辐射损耗远小于碰撞作用,在10—28μs内等离子体温度从约10000 K按指数衰减到约6000 K;在准确测定仪器展宽线型的基础上,利用Nelder-Mead单纯形算法,研究了N原子746.831 nm谱线的Stark展宽和位移随时间的演化趋势,计算了等离子体中电子数密度随时间在10~(17)—10~(16)cm~(-3)量级间衰减,通过分析发现造成等离子体中电子数衰减的主要机理是三体碰撞复合.     

激光诱导Ni 等离子体电子温度、电子密度的时间演化特性研究

本文在350～600 nm波长范围内测定了激光烧蚀Ni等离子体中Ni原子的时间分辨发射光谱.由发射光谱线的强度和Stark展宽分别计算了等离子体电子温度和电子密度,并由实验结果讨论了激光等离子体中电子温度、电子密度的时间演化特性.     

Femtosecond laser-induced Cu plasma spectra at different laser polarizations and sample temperatures

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is a good technique for detecting and analyzing material elements due to the plasma emission produced by the high-power laser pulse. Currently, a significant topic of LIBS research is improving the emission intensity of LIBS. This study investigated the effect of laser-polarization on femtosecond laser-ablated Cu plasma spectra at different sample temperatures. The measured lines under circularly polarized lasers were higher than those under linearly and elliptically polarized lasers. The enhancement effect was evident at higher Cu temperatures when comparing the plasma spectra that have circular and linear polarizations for different target temperatures. To understand the influence of laser-polarization and sample temperature on signal intensity, we calculated the plasma temperature (PT) and electron density (ED) . The change in PT and ED was consistent with the change in the atomic lines as the laser polarization was being adjusted. When raising the Cu temperature, the PT increased while the ED decreased. Raising the Cu temperature whilst adjusting the laser-polarization is effective for improving the signal of femtosecond LIBS compared to raising the initial sample temperature alone or only changing the laser polarization.     

工作参数对激光诱导玻璃等离子体特性的影响

采用波长532 nm的Nd:YAG纳秒激光器激发诱导空气中的玻璃,由高分辨率的光谱仪和ICCD对等离子体发射光谱采集和实现光电转换.以Si I 288.20 nm、Ca II 393.37 nm两条谱线作为分析线,研究ICCD门延迟,ICCD门宽、聚焦透镜到样品表面的距离(LTSD)对等离子体信号强度和信噪比的影响,确定最优化的实验参数:ICCD门宽1400 ns,ICCD门延迟500 ns,LTSD为84.5 mm.在最优化的实验条件下以Ca元素的六条离子谱线(315.89 nm, 317.93 nm, 370.60 nm, 373.69 nm, 393.37 nm, 396.85 nm)为分析线,计算得到玻璃等离子体的电子温度和电子密度分别20060 K, 8.256×10~(16) cm~(-3).     

激光诱导Ca等离子体温度的实验研究

等离子体温度是激光诱导击穿光谱测量中一个重要的因素。采用Nd:YAG脉冲激光器作为光源击穿样品形成等离子体,其发射光谱由中阶梯光栅光谱仪和ICCD进行分光和光电转换。通过实验得出了300~450 nm波段的光谱图,定性分析出了Ca Ⅱ 315.9, 317.9, 393.4, 396.9 nm和Ca Ⅰ 422.7 nm等发射谱线。根据激光诱导击穿光谱定量公式,等离子体温度的变化对谱线强度有影响。先假设实验中等离子体处于局部热平衡状态,选用Ca的4条一价离子谱线,根据Boltzmann斜线法计算出了等离子体温度,并得到了等离子体温度与Ca质量分数的关系。随着Ca质量分数的增加,等离子体温度也相应增加。但当Ca质量分数小于0.50%时等离子体温度增加的幅度较小,而质量分数大于0.50%时等离子体温度的上升幅度相对较大。最后经过验证,实验中等离子体处于局部热平衡状态的假设成立。     

The role of microwaves in the enhancement of laser-induced plasma emission

We studied experimentally the effect of microwaves (MWs) on the enhancement of plasma emission achieved by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). A laser plasma was generated on a calcium oxide pellet by a Nd:YAG laser (5 mJ, 532 nm, 8 ns) in reduced-pressure argon surrounding gas. A MW radiation (400 W) was injected into the laser plasma via a loop antenna placed immediately above the laser plasma to enhance the plasma emission. The results confirmed that when the electromagnetic field was introduced into the laser plasma region by the MWs, the lifetime of the plasma was extended from 50 to 500 µs, similar to the MW duration. Furthermore, the plasma temperature and electron density increased to approximately 10900 K and 1.5×10¹⁸ cm^-3, respectively and the size of the plasma emission was extended to 15 mm in diameter. As a result, the emission intensity of Ca lines obtained using LIBS with MWs was enhanced by approximately 200 times compared to the case of LIBS without MWs.