1.06μm激光等离子体散射特性研究

利用波长为1.06μm、单脉冲能量约为500 mJ的脉冲Nd:YAG激光经焦距为300 mm的正透镜聚焦,使焦点处激光能量密度剧增而引起大气分子中的原子电离,在发生同波长激光散射和多光谱电磁辐射现象的同时,开展空间分辨光谱的探测,获得1.06μm脉冲激光经大气等离子体散射的空间分布情况。采用HR4000光谱仪对散射情况进行测量分析,通过计算机模拟计算得到等离子体对1.06μm激光散射的方向图,基于Mie理论解释了入射波长为1.06μm脉冲激光散射角与散射强度之间的关系。     

激光诱导击穿锌等离子体的空间膨胀特性及能量依赖关系的研究

本文通过激光诱导击穿光谱技术研究了锌等离子 体在空间膨胀时其特性的演化,并研 究了等离子体产生对激光脉冲能量的依赖关系。在大气环境下将脉冲激光聚焦于锌金属靶表 面烧蚀并产生等离子体,采集等离子体膨胀方向不同距离处的时间分辨荧光光谱,确定等离 子体的电子温度及电子数密度参数,研究等离子体特性随空间膨胀距离及时间的演化关系。 然后改变激光脉冲能量,采集特定位置的锌等离子体荧光光谱,确定等离子体特征参数及其 时间演化特性对激光脉冲能量的依赖关系,研究激光脉冲能量对等离子体形成的影响。结果 表明,等离子体形成后其早期膨胀过程为超音速绝热膨胀,随等离子体空间膨胀距离的增加 电子温度先降低后升高,电子数密度先升高后降低。当延迟时间增加至2.2us时,随着空间 距离的增加,电子温度持续下降,电子数密度基本维持不变,此时超音速绝热过程消失。当 激光脉冲能量增加时,锌元素特征谱线强度逐渐饱和,电子数密度增加速率逐渐降低,等离 子体寿命持续增加。当激光脉冲能量低于100 mJ时,电子温度随激光 脉冲能量的增加而快速 上升。当激光脉冲能量高于100 mJ时,电子温度维持在 8500 K上下波动。因此,随着激光脉 冲能量的增加,等离子体屏蔽效应逐渐明显,脉冲激光与锌金属靶相互作用前期产生的等离 子体吸收激光脉冲能量维持自身的存在,最终导致仅有部分激光脉冲能量与金属发生相互作 用,使得谱线强度及电子温度的上升出现阈值。     

同位重复激光脉冲烧蚀对等离子体辐射的增强作用

为了提高激光诱导击穿光谱的质量, 采用高能量铷玻璃脉冲激光烧蚀土壤样品, 由组合式多功能光栅光谱仪和CCD探测器等组成的光谱分析系统记录光谱信息, 研究了有或无CsCl样品添加剂时多个激光脉冲作用于土壤样品同一位置条件下, 每个激光诱导等离子体辐射强度的变化情况, 并通过Boltzmann图方法测量了等离子体的电子温度。实验结果表明, 随着激光脉冲序数的增大, 等离子体辐射逐渐增强。计算可知, 对于含有15%CsCl的样品, 第6个激光脉冲等离子体中元素Fe、Mn、K和Ti的谱线强度比第2个激光脉冲的分别提高了3.59、2.46、2.82和1.62倍; 光谱信噪比分别提高了3.03、1.97、2.28和1.40倍; 而第6个激光脉冲等离子体的温度比第2个的升高了5 360 K。     

双脉冲激光诱导铝等离子体的双波长干涉诊断

双脉冲激光诱导等离子体在激光加工、元素检测、材料去除等领域有广阔的应用前景和发展空间,对其进行诊断具有重要意义。针对延迟双脉冲激光诱导铝等离子体的作用效果和影响机理,采用双波长干涉法对其时间演化规律展开研究。基于马赫-曾德尔干涉仪搭建了双波长干涉诊断系统,得到了双脉冲激光诱导等离子体干涉图。通过对干涉图的处理和分析,得到了等离子体电子密度随双脉冲激光延迟时间的变化规律。结果表明,随着双脉冲激光延迟时间的增加,第二束脉冲激光对等离子体电子密度的增强效果先加强后减弱。其中,双脉冲激光延迟时间为10 ns时,对等离子体电子密度的增强效果最强,在30 ns时刻,其中心区域平均电子密度可达6.49×1019 cm?3,相较于同等能量单脉冲激光诱导等离子体提升了26%。同时研究了延迟时间对第二束脉冲激光作用机制的影响。研究结果为双脉冲激光诱导等离子体的优化方向提供了参考。     

样品温度对激光诱导等离子体辐射强度的影响

增强激光诱导等离子体的发射光谱强度,对于精确测量微弱光谱信号,改进待测材料中低含量元素的探测灵敏度意义重要。首先对金属样品加热升温,并且在一定温度时利用波长为1 064 nm的Nd:YAG纳秒脉冲激光烧蚀样品,激发产生等离子体,测量了不同样品温度条件下等离子体的发射光谱强度和信噪比。结果表明,采用的激光能量为200 mJ时,随着样品温度的升高,等离子体辐射会逐渐增强,并且在温度为150 ℃时达到最大。计算表明,样品中分析元素Mo、Cr、Ni和Mn在温度为150 ℃时的光谱线强度比室温条件下的分别提高了54.56%,72.43%,70.29%和54.01%,光谱信噪比分别增大了37.44%,40.74%,38.6%和37.06%。实验还通过观察等离子体的照片,测量等离子体的温度、电子密度和样品蒸发量,讨论了激光诱导金属等离子体辐射增强的原因。可见,升高样品温度是改善激光等离子体光谱质量的一种有效手段。     

正交再加热双脉冲激光诱导黄连等离子体的光谱特性

搭建了正交的再加热双脉冲激光诱导击穿光谱(RDP-LIBS)实验装置。以黄连为研究对象,用其特征谱线的光谱强度和信背比评估了光谱特性。通过优化探测延时、两束激光能量值组合及脉冲间隔等实验参数,提高了检测的灵敏度。相比单脉冲激光诱导击穿光谱(SP-LIBS)技术,RDP-LIBS技术对4条特征谱线(Fe、Al、Ca、CN)的光谱强度增强倍数分别为4.0,5.5,10.0和3.5。RDP-LIBS下的等离子体电子激发温度和电子数密度均比SP-LIBS下的有所提高。     

高压Ar气对激光诱导等离子体辐射的增强效应

为了提高激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对低含量物质成分的检测能力,实验研究了高压(0.0-0.5 MPa)Ar环境气体对钢样晶发射光谱的增强效应.利用高能量钕玻璃脉冲激光(约6 J)烧蚀样品,由组合式多功能光栅光谱仪和CCD光谱采集处理系统记录等离子体光谱,并通过测量光谱线强度计算了等离子体电子温度.实验结果表明,当...     

3×10~(16)W/cm~2高反差亚皮秒激光脉冲照射凝聚态靶的辐射吸收机理

1　引言最近几年人们大力研究超强光场与固体的相互作用过程 ,研究是由物质在极限条件(固体密度的等离子体和 1～ 1 0 ke V温度 )下的可能性引起 ,它的应用关系到制造亚皮秒X射线辐射源。决定强亚皮秒激光脉冲与凝聚态靶相互作用的关键参数是脉冲的反差度峰值强度与预脉冲强度之比。例如 ,峰值强度为 1 0 1 7W/cm2脉冲的纳秒预脉冲强度不应超过靶物质烧蚀阈值～ 1 0 8W/cm2 ,即反差度应大于1 0 9。在相反情况下 ,主脉冲将与屏蔽靶面靶物质的低密度蒸气相互作用。现有亚皮秒激光系统 (λ～ 1μm)的反差度不超过 1 0 8,实际上唯一已知提高该…     

利用脉冲激光预诱导激发产生增强等离子体及其性质的研究

利用普通电焊枪对金属样品进行烧蚀时,由于温度限制,产生的激发等离子体无法满足局部热平衡条件,导致测量等离子体性质出现许多受限条件,如连续多帧光谱全噪声采样信号、基底效应影响和电子温度波动较大等。为解决此问题,提出利用一束短脉冲NdYAG激光器结合精密数字延时脉冲发生器的方法,让该短脉冲激光束平行于样品表面照射进行预激发,再通过电焊枪垂直于样品表面进行二次电离产生高温等离子体。实验结果表明,这种利用短脉冲激光预激发的方式所产生的等离子体特征光谱信号强度大幅增强和电子温度得到提高,最高可达45倍,同时连续采集时特征光谱全噪声信号帧数明显降低,信噪比也得到很好的提高。另外,还讨论了短脉冲激光预激发时间和光纤探测端面几何位置对测量结果的影响。     

预制孔穴对激光诱导等离子体辐射的增强作用

通过在样品表面上预制孔穴的方法,研究了激光诱导等离子体辐射的增强效应.实验过程中,采用高能量钕玻璃脉冲激光器(1064nm,6J,0.7ms)烧蚀土壤样品.在预制小孔参数分别为0.8mm、1.0mm、1.2mm直径和0.8mm、1.0mm、1.2mm深度的条件下,测量了激光诱导等离子体的光谱强度和信背比.实验结果表明,利用小孔对激光等离子体的约束作用,明显地增强了等离子体的辐射强度.实验确定的优化条件是,预制0.8mm直径和1.0mm深度孔穴,采集第二个脉冲激发的等离子体辐射,可以获得较高质量的激光光谱.     

样品温度对激光诱导黄铜等离子体辐射特性的影响

为了研究样品温度变化对激光诱导铜等离子体特征参数的影响,利用单脉冲激光诱导激发加热台上的样品形成等离子体, 改变样品温度获得相应的黄铜等离子体发射光谱。分析了样品温度变化时特征谱线强度的变化,并在局部热 平衡(Local thermodynamic equilibrium, LTE)条件下,利用Boltzman方程和Stark展宽计算并获得不同样品温度 条件下等离子体电子温度和电子密度随时间的演化规律,同时讨论了激光诱导金属等离子体光谱增强的原因。 实验结果表明,延迟时间相同时,样品温度越高,谱线强度越强,电子温度和电子密度越大。由此可见, 适当升高样品温度可以提高谱线强度。     

粒径对激光诱导煤粉流等离子体特性的影响

为了明确在应用激光诱导击穿光谱技术进行煤粉流物质成分在线检测过程中,煤粉粒径大小对激光诱导煤粉流等离子体特性的影响,利用螺杆给料机搭建煤粉颗粒流检测平台,分析了粒径不同的6种煤粉流等离子体的光谱数据。结果表明,在相同的实验条件下,随着煤粉颗粒粒径减小,等离子体的电子密度和温度升高,粒径小于50μm与粒径为250μm~300μm的样品的等离子体电子密度和温度分别升高了19.89%和13.13%;煤粉粒径大小对激光诱导煤粉流等离子体特性有很大影响,选取合适的煤粉粒径不仅可以提高光谱强度而且元素检出限也得到改善,更有利于检测样品中含量低的元素。     

激光诱导Al等离子体中电子密度和温度的实验研究

激光烧蚀等离子体在微量元素分析方面有着重要的应用背景，而缓冲气体的种类及压力对激光等离子体的特性有重要影响。报道了以氦气、氩气、氮气和空气作为缓冲气体，实验测定了不同气压下Nd：YAG激光烧蚀Al靶产生的等离子体中的时间分辨发射光谱，利用发射谱线的Stark展宽和相对强度计算了等离子体中的电子密度和温度，得到了在不同缓冲气体中激光诱导Al等离子体的电子密度随延时、气压的演化规律，同时得到了电子温度的时间演化特性。实验结果表明，电子密度的数量级约为10^17cm^-3，电子温度测量值约为10000K，二者都是在激光脉冲后随时间快速衰减，直到4μs以后达到一个较低的水平并缓慢变化，其中以氩气作为缓冲气体时等离子体中的电子密度最大。     

缓冲气压对CO2激光Al靶等离子体参量的影响

为了研究缓冲气压对激光等离子体参量的影响,利用CO2,激光烧蚀A1靶产生等离子体,缓冲气压变化范围为10-4Pa～2103Pa,激光脉冲能量为180mJ/脉冲,在局域热平衡和光学薄等离子体假设下,采用发射光谱法计算了等离子体的电子温度和电子密度,并研究了缓冲气压对这些参量的影响。结果表明,等离子体的电子温度和电子密度分别在1.05eV～2.47eV与1.951016cm-3～10.5 1016cm-3范围内,Al等离子体的电子温度随气压的增大而减少;低缓冲气压时,电子密度随气压增大而减小,当气压达到600Pa时,激光脉冲会击穿空气形成等离子体,电子密度又开始上升,当气压超过3000Pa时,空气等离子体会屏蔽激光脉冲能量,使到达靶面的激光能量急剧下降,Al原子的特征谱线也随之减弱而几乎消失。这一结果对理解缓冲气压对激光与物质相互作用过程的影响是有帮助的。     

大气颗粒物中重金属的双脉冲激光诱导击穿光谱研究

为了对沈阳市某工业区附近大气中重金属等离子体光谱特性进行研究,采用双脉冲激光诱导击穿光谱技术（Double pulse laser induced breakdown spectroscopy,DP-LIBS）对样品中主要重金属等离子体光谱进行测量分析。通过比较单脉冲（SP）和双脉冲（DP）激发的样品等离子体光谱,发现采用DP-LIBS技术可以很好地增强等离子体光谱的强度。研究DP-LIBS光谱强度随两个脉冲激光的间隔时间变化,在脉冲间隔为15 s时样品中重金属等离子体光谱得到了最大的增强。同时DP-LIBS技术也会提高样品等离子体光谱的稳定性,谱线的相对标准偏差由6%降低为3%左右。最后对样品等离子体的电子温度及电子密度随双脉冲间隔时间的变化情况进行了研究。     

Tm-doped mode-locked fiber lasers

Ultrashort pulse fiber lasers are increasingly used in various areas for scientific as well as industrial purposes. In contrast to ultrashort pulse lasers based on ytterbium- and erbium-doped fibers, the dispersion of silica fibers in the amplification band of thulium-doped fibers around 2 μm is typically anomalous, which has fundamental impact on the pulse propagation. In this paper, mode-locked thulium-doped fiber lasers operating in different pulse propagation schemes are presented. The transfer of various concepts into the 2 μm wavelength range, which have been successfully applied for pulse parameter scaling in the 1 and 1.5 μm spectral region, are discussed on the basis of experimental and numerical results.     

激光加工过程中激光诱导等离子体的光学研究

利用Q-开关Nd：YAG激光器产生的1．06μm、140ns的脉冲激光聚焦在空气中的石英靶上，采集激光诱导的石英等离子体发射光谱，在室温大气压下利用高速摄影机对激光加工过程中伴随产生的等离子体的动态过程进行监测研究；在局部热力学平衡条件（LET）近似下，估算了等离子体电子平均温度随时间的变化规律；提出室温下等离子体加工石英微通道过程中等离子体性质发生变化的特征时间为1000μs和400μs；影响等离子体加工质量的关键因素可能包括通道内部气压值。