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。     

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。     

光谱法测量低压热喷涂等离子体的电子温度和电子密度

发射光谱研究是热喷涂等离子体诊断的一种重要的方法。通过使用发射光谱测量氩原子在763.51 nm和772.42 nm处谱线辐射强度的信息,采用双谱线法计算低压热喷涂等离子体射流的电子温度,研究氩气流量40 L/min、氢气流量15 L/min,不同的弧电流和不同的探测距离条件下,低压热喷涂等离子体射流中电子温度的变化情况。通过使用Hβ谱线的Stark展宽计算热喷涂等离子体射流的电子密度,研究不同探测距离对电子密度的影响。结果表明,电子温度随等离子体功率的增加而增加,同时也发现随着距喷枪出口轴向探测距离的增加(150~450 mm),电子温度逐渐减小;当探测距离从100 mm增加时等离子体的电子密度显著下降,随后,电子密度变化不大。     

激光诱导Ni等离子体电子温度与电子密度的时空演化特性研究

在实验上通过测定原子谱线的相对强度和Stark加宽、线移,计算了激光诱导Ni等离子体的电子温度和电子密度,通过改变光谱信号与激光脉冲之间的延迟时间及移动成像透镜的位置,研究电子密度和温度这两个重要参数与延时、空间位置之间的关系。实验结果表明：电子温度及电子密度与延时、空间位置密切相关,在时间分辨中,等离子体的电子温度和电子密度与延迟时间都成指数衰减;在空间分辨中,电子温度和电子密度与距靶面空间距离都呈Lorentz线型。     

太赫兹光谱诊断等离子体电子密度实验及模拟

近年来，太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)被用于多种等离子体源的电子密度诊断研究中，但其可靠性程度评估工作开展较少，亟需补齐相应研究。本文将THz-TDS用于诊断电感耦合等离子体源(ICP)的电子密度，ICP驱动频率为13.56 MHz，功率为250~400 W，工作介质为氩气，气压为30~99 Pa。诊断结果显示电子密度随输入功率和气压单调递增，电子密度范围为10¹³~10¹⁴ cm^-3。同时，利用COMSOL Multiphysics构建漂移扩散模型对该条件下等离子体电子密度进行数值计算研究。结果显示：实验测量与数值计算的电子密度值定量吻合较好，且两者随气压变化趋势一致。证实了THz-TDS应用到等离子体诊断领域中具有可靠性高、稳定性好等优异特性，具有非常广阔的发展潜力。     

激光诱导液相基质等离子体的空间演化特性

为了揭示液相基质激光诱导击穿光谱(LIBS)与固相基质LIBS特性差异的产生机理,采用液体射流取样技术,利用脉冲激光烧蚀CrCl_3水溶液产生激光等离子体,研究了等离子体中Cr元素发射光谱、等离子体电子温度和电子密度的空间演化特性。结果表明:相对于固相基质等离子体,液相基质激光等离子体存在明显不同的空间演化特性,在激光束传播方向上,等离子体可以沿着激光束传播方向膨胀至距离射流表面0.8 mm处;等离子体羽发光区域的线径较小,约为3.2 mm;离子谱线与原子谱线的峰值强度出现在不同位置,分别距离射流表面0.8 mm和0.4 mm;等离子体的电子温度低,电子密度值小,在激光束传播方向上两者的变化范围分别为2939～3611 K和0.0149×10~(14)～4.86×10~(14) cm~(-3),且在离射流表面0.8 mm处达到最大值;与固相基质等离子体类似,液相基质等离子体的发射光谱、电子温度和电子密度的空间演化特性具有较好的空间对称性。     

脉冲激光诱导碳等离子体的特性

为了研究不同空气压力条件下碳等离子体的动力学特性,采用发射光谱法对碳等离子体进行诊断。采用1064nm Nd…YAG激光器烧蚀碳靶,测得早期的发射光谱为连续谱,此时使用黑体辐射公式拟合并推算碳等离子体的电子温度;当线状谱出现后,采用玻尔兹曼作图法计算电子温度,并观察电子温度和电子密度随延时的演化趋势,以及空气压力对演化的影响。结果表明:不同空气压力条件下,电子温度和电子密度随延时的变化趋势一致;随着空气压力增大,等离子体受到的限制更大,粒子间的碰撞增加,导致电子温度和电子密度随之增大;在0.01Pa压力下沉积得到了石墨烯薄膜。     

微波频率与功率对微波等离子体参数的影响

本文研究了微波功率和微波频率对等离子体参数,如电子密度、电子温度、气体温度以及火焰长度的影响。对等离子体的多物理场数值仿真是在基于有限元法的COMSOL Multiphysics中进行的。计算结果显示,等离子体电子密度、电子温度、气体温度都会随着输入微波功率的增大而增大;2450 MHz的微波等离子体相比于915 MHz的微波等离子体,具有更好的性能。同时,本文对不同输入功率下等离子体火焰长度进行了实验测量,结果显示输入功率对火焰长度仅有很微弱的影响。     

激光诱导击穿空气等离子体参数的光谱分析法

空气等离子体的电子温度和密度对激光诱导空气击穿等离子体产生闪光过程的研究有着重要的意义,本文将纳秒Nd∶YAG脉冲激光(1064 nm)聚焦于大气中,诱导其产生等离子体闪光,并通过Avantes-ULS3648型9通道的光谱仪采集闪光光谱,通过光谱分析,研究了不同延迟时间下激光诱导击穿空气等离子体产生过程中的等离子体电子温度和电子密度的变化情况。根据同一元素不同峰值位发出的光谱,由相对强度比较法可以得出等离子体电子温度,由斯塔克展宽法可得到等离子体电子密度的变化,通过分析发现,等离子体电子温度和密度均随延迟时间的增大而下降。这些结果对研究强激光作用下空气击穿的气体动力理论机制有一定的科学意义。     

微波激励CO_2激光器表面波放电特性的分析

提出一种放电结构和理论模型，对表面波发生器的表面波放电等离子体特性进行了分析。在给定的工作气压、注入微波功率及所吸收的外场功率情况下，利用这一理论可以求出放电管内电子密度、电子温度以及微波电场强度的绝对值和径向分布。分析表明，这种放电结构很适于ＣＯ２激光器高效率的微波激励。     

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。     

放电等离子体中XeI准分子的形成过程

研究了Xe/I2 混合气体 (气压 70～ 1330Pa)在直流辉光放电情况下XeI 准分子的形成过程 ,得到了XeI 准分子在 2 40～ 2 70nm波长范围内的荧光发射谱。并对XeI (B→X)跃迁谱线强度随混合气体压力的变化进行了实验研究 ,发现气压为 333Pa时荧光最强 ;此条件下 ,放电等离子体的电子温度为 13 2eV ,表明低气压放电等离子体中主要反应通道为快电子碰撞Xe使其跃迁至 3 P ,随之与I2 碰撞形成 XeI(A ,B ,C)。     

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。     

感应耦合等离子体干法刻蚀锑化铟薄膜研究

应用感应耦合等离子体技术首次实现了对锑化铟薄膜的干法刻蚀。朗缪尔探针诊断结果表明 :射频电源功率为 2 0 0 W时 ,在刻蚀样品附近的等离子体离子密度最大达 6.71 70× 1 0 1 0 cm- 3。以 CCl F2 为刻蚀气体 ,进气流量 2 m L/min,RF功率 2 0 0 W,等离子体反应刻蚀运行气压 7.98Pa时 ,对 In Sb-In薄膜进行了感应耦合等离子体干法刻蚀 ,获得刻蚀图形 ,宽深比为 5     

Inductively coupled Cl2/N2 plasma: Experimental investigation and modeling

In this work, we investigated the effect of the Cl₂/N₂ mixing ratio on both the plasma parameters and the volume densities of the neutral and the charged particles in inductively coupled plasma system. It was found that the addition of nitrogen to chlorine causes an increase in the electron temperature while the electron density and the total density of positive ions decrease. The analysis of Cl₂ dissociation kinetics showed the weak possibility of stepwise dissociation involving electronically excited metastable molecules as well as vibrationally excited nitrogen. Both plasma diagnostics and modeling gave a monotonic change of Cl atom density as a function of Cl₂/N₂ mixing ratio.     

表面波等离子体鞭状天线方向特性的理论分析

等离子体天线因其具有许多独特的性质而受到广泛关注。利用金属天线的传输线等效理论,研究了等离子体电子密度和碰撞频率对等离子体鞭状天线辐射方向特性的影响,并利用高频仿真软件HFSS对计算方法进行了验证。结果表明,当等离子体电子密度较小、碰撞频率较高时,等离子体鞭状天线与相同物理尺寸的金属天线辐射方向图相差较大;而在较高电子密度和较低碰撞频率条件下,两种天线具有相似的辐射方向图,并且电子密度越大、碰撞频率越低,其与金属天线的辐射方向图越接近。     

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...