激光诱导铝合金等离子体的时间演化过程研究

为了深入研究激光诱导等离子体的物理特性,提高激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的测量精度和可靠性,对激光诱导等离子体的时间演化过程进行了实验研究。采用ICCD相机对激光诱导铝合金等离子体进行快速成像,发现激光诱导铝合金等离子体的寿命大约为30μs,等离子体呈现明显的分层结构,并且不同区域的面积和温度在等离子体的时间演化过程中呈现不同的特征。通过玻尔兹曼斜线法和Stark展宽法计算了铝合金等离子体电子温度和电子数密度的时间演化规律。实验结果表明,等离子体的电子激发温度在6000K~9000K之间,且前3μs下降较快;等离子体电子数密度为1017 cm-3量级,并随ICCD探测延迟时间缓慢降低。等离子体电子温度和电子数密度的时间演化规律与ICCD相机快速成像结果一致。     

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。     

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。     

脉冲CO2激光诱导空气等离子体的光谱诊断

为了了解激光诱导等离子体的演化过程,得到等离子体的相关参量,采用横向激励大气压CO2激光器在抛物反射面中聚焦击穿空气形成等离子体,利用成像光谱仪和增强型CCD探测器对激光诱导等离子体进行了时间和空间分辨的实验分析,取得了激光诱导空气等离子体的时间演化和空间分辨光谱。分别利用氧原子的线状谱和连续谱的比值及谱线半峰全宽计算得到电子温度达到了4104K,电子密度在1018cm-3量级。结果表明,相比于低能量的激光诱导等离子体的辐射光谱,高能量激光诱导的等离子体则向外辐射出很强的连续光谱,同时,等离子体以激光支持爆轰波的形式快速向外膨胀,由于外围等离子体对激光能量的屏蔽作用,等离子体出现了空间分离的现象。该研究结果对理解等离子体和高能量脉冲激光的相互作用过程是有帮助的。     

激光诱导Cu等离子体光谱的空间特性研究

利用Q -开关Nd :YAG激光器产生的 1.0 6 μm、10ns的脉冲激光聚焦在空气中的Cu靶上 ,观测了激光诱导的Cu等离子体发射光谱。采用激光能量为 4 5mJ/ pulse ,分析了波长范围为 4 4 0nm到 5 4 0nm的空间分辨发射光谱。在局部热力学平衡 (LTE)条件近似下 ,根据谱线的相对强度 ,得到了等离子体电子温度约在 10 4K以上 ,给出了靶面附近电子温度和谱线半高全宽的空间演化规律。     

激光诱导Co等离子体电子密度的时间空间演化特性

测定了激光烧蚀Co等离子体中Co原子389.408 nm发射谱线的时间空间分辨发射光谱.由发射光谱线的强度和斯塔克(Stark)展宽计算了等离子体电子密度,并由实验结果讨论了激光等离子体中电子密度的时间空间演化特性.实验结果表明,当延时在100～1000 ns变化时,等离子体中的电子密度变化范围为0.02×1017～0.73×1017 cm-3,在沿激光束方向上,当距离靶表面0～1.8 mm范围内变化时,相应的电子密度ne范围为0.3×1017～0.8×1017cm-3,等离子体电子密度在激光束方向上具有很好的对称性.     

含铅污泥中铅的激光诱导击穿光谱特性研究

利用波长为1064nm的Nd:YAG脉冲激光器作为激发光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为谱线分离器件和探测器件,研究了含铅污泥中铅的激光诱导击穿光谱特性。选取铅的特征谱线PbⅠ405.78nm为分析线,分别测量了PbⅠ405.78nm的谱线强度与信噪比随延时和门宽的变化关系,确定了最佳延时td=2.5μs,最佳门宽tg=3.0μs。在局部热力学平衡近似下,选取铁在360~441nm波长范围内的13条特征谱线,利用玻尔兹曼图,计算得出等离子体温度为6934K;对PbⅠ405.78nm其进行洛伦兹拟合,得到等离子体的电子密度为8.3×1016 cm-3。这些参数为进一步实现对含铅污泥的快速定量分析提供方法和技术支持。     

水分对激光诱导煤粉等离子体特性的影响

研究了水分对激光诱导击穿煤粉等离子体特性的影响,以分析水分对激光诱导击穿煤粉定量测量的影响.实验选取了空干基C和Si元素含量相近但水分差别较大的神华煤和平朔煤,分别采用其收到基和干燥基共4个样品进行实验.采用Ca的原子谱线计算了各样品在延迟时间分别为83 ns,500 ns,917 ns和1292 ns时的激光诱导击穿等离子体温度,并分别用C247.856 nm和Si390.5523 nm特征谱线估算了电子密度.实验表明,各样品的激光等离子体温度随着延迟时间的增大而降低,含水分的煤样其激光诱导击穿等离子体的温度较低,而电子密度受水分的影响不大,含水分的煤样其激光诱导击穿的特征谱线强度较弱.     

激光诱导等离子体多色谱应用

本文全面讨论了当前激光诱导等离子体多色谱的主要应用。从多色谱需求的提出出发,到当前的基本应用,对多色谱采集装置,处理方法、应用原理进行了全面的论述,对激光诱导等离子体多色谱的国内外应用现状进行了详尽的分析。主要包括估算电子温度、电子密度;进行化学分析、痕量探测等方面的应用。     

环境气体中激光诱导Fe等离子体发射光谱的时间演化特性

环境气体对于激光诱导等离子体的形成和演化特征有着重要影响,适当的环境气体条件有利于激光诱导等离子体发射光谱分析的进行。利用准分子激光(308 nm)烧蚀低合金钢靶诱导等离子体原子发射光谱,研究了环境气体对等离子体发射光谱强度及时间演化特性的影响,对实验结果进行了讨论,得到了激光诱导Fe等离子体的原子发射光谱分析的优化条件。实验测定了不同气压氩气、氦气环境下及真空条件下Fe等离子体发射光谱强度及时间演化特性。结果表明,环境气体对激光诱导Fe等离子体发射光谱具有增强作用,而在较低气压下氩气比氦气的辐射增强效果更为显著。在5.32×104Pa氩气环境下,在等离子体形成后约6μs和10μs时发射谱线强度和信号背景比分别达到最大值。     

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。     

激光诱导水垢等离子体温度精确求解研究

为了减小谱线自发辐射跃迁几率等参量的不确定性带来的计算误差,采用一种改进型的迭代Boltzmann算法研究了激光诱导水垢等离子体的电子温度,经过12次迭代,线性相关系数由0.7687提高到0.99991,得到水垢等离子体的电子温度为5012K。Lorentz函数拟合Ca Ⅱ 393.37nm得到水垢等离子体的电子密度是5.7×1016cm-3,远高于临界值6.4×1015cm-3,证明激光诱导水垢等离子体满足局部热力学平衡模型。结果表明,本方法不仅操作简单,而且可以明显提高等离子体特征参量的求解精度。     

激光诱导萘醌激发三重态猝灭反应的TR-ESR研究

利用时间分辨电子自旋共振（TR-ESR）方法,研究了稳定自由基TEMPO和生物抗氧化剂维生素C（VC）对萘醌（NQ）激发三重态 的猝灭机理和猝灭动力学。光解NQ/EG体系, 从EG上抽氢生成萘醌中性自由基 和乙二醇碳自由基。当体系中加入稳定自由基TEMPO时,TEMPO对3NQ* 有明显的猝灭作用,猝灭速率常数为1.14*106Lmol-1s-1。对于NQ/VC/EG-H2O溶液,3NQ*不仅可以从EG上夺氢,还从VC上夺氢,VC对3NQ*也有明显的猝灭作用,猝灭速率常数为1.11*107Lmol-1s-1。TEMPO和VC对3NQ*的猝灭反应都受扩散控制。     

激光诱导土壤等离子体光谱辐射实验参数优化

采用激光诱导击穿光谱法（LIBS）对土壤进行了研究。激光器采用的是Nd:YAG脉冲激光器,激光器的输出波长是1 064 nm,脉宽是5.82 ns,激光聚焦在土壤表面产生激光诱导等离子体,通过优化实验参数（ICCD延时、脉冲能量、ICCD门宽、脉冲频率、谱图积累次数）对Ca Ⅱ 393.37 nm和Ca Ⅱ 396.37 nm两条特征谱线强度及信背比的影响,确定实验最佳条件是ICCD延时1 s,激光能量50 mJ,ICCD门宽3.5 s,脉冲频率1 Hz,谱图积累次数100次。在最优实验条件下计算等离子体参数,得出土壤中的等离子体电子温度是11 604 K,土壤的等离子体电子密度是5.1551016 cm-3,经过计算,土壤样品满足LTE条件。这说明,以上关于土壤样品的等离子体参数计算结果是真实有效的。     

飞秒激光加工SiC模型参数优化设计研究

开展飞秒激光与SiC相互作用机理研究,探索飞秒激光加工SiC材料的作用机理与激光功率密度阈值、脉冲宽度、频率、重叠率等参数的相互影响,这其中增加了在激光脉冲宽度范围内由于多种因素的影响,导致自由电子密度减少的因素;考虑了飞秒激光光束在被加工材料传输过程中由于被加工材料表面反射而造成的损失量,以及由于激光束电离后光电子与晶格发生碰撞而“反射、散射”造成的能量损失,从而对现有作用机理进行理论模型优化,通过比较研究和实验验证自由电子密度,为飞秒加工过程中激光与材料相互作用研究提供分析和参考。     

Nd:GSGG激光晶体的光谱性能研究

用提拉法成功生长出了Nd3 :Gd3Sc2Ga3O12(Nd:GSGG)晶体,并对其光谱性能进行了研究.测量了晶体在400～2700 nm波段内的吸收光谱.用808 nm波长激发,测量了晶体的荧光光谱和荧光寿命,计算了晶体的发射截面.与Nd:GGG和Nd:YAG的光谱参数进行了比较.     

Investigation of soldering process and interfacial microstructure evolution for the formation of full Cu3Sn joints in electronic packaging

Within electronic products, solder joints with common interfacial structure of Cu/IMCs/Sn-based solders/IMCs/Cu cannot be used under high temperature for relatively low melting points of Sn-based solders (200–300 °C). However, there is a trend for solder joints to service under high temperature because of the objective for achieving multi-functionality of electronic products.With the purpose of ensuring that solder joints can service under high temperature, full Cu₃Sn solder joints with the interfacial structure of Cu/Cu₃Sn/Cu can be a substitute due to the high melting point of Cu₃Sn (676 °C). In this investigation, soldering process parameters were optimized systematically in order to obtain such joints. Further, interfacial microstructure evolution during soldering was analyzed. The soldering temperature of 260 °C, the soldering pressure of 1 N and the soldering time of 5 h were found to be the optimal parameter combination. During soldering of 260 °C and 1 N, the Cu₆Sn₅ precipitated first in a planar shape at Cu-Sn interfaces, which was followed by the appearance of planar Cu₃Sn between Cu and Cu₆Sn₅. Then, the Cu₆Sn₅ at opposite sides continued to grow with a transition from a planar shape to a scallop-like shape until residual Sn was consumed totally. Meanwhile, the Cu₃Sn grew with a round-trip shift from a planar shape to a wave-like shape until the full Cu₃Sn solder joint was eventually formed at 5 h. The detailed reasons for the shape transformation in both Cu₆Sn₅ and Cu₃Sn during soldering were given. Afterwards, a microstructure evolution model for Cu-Sn-Cu sandwich structure during soldering was proposed. Besides, it was found that no void appeared in the interfacial region during the entire soldering process, and a discuss about what led to the formation of void-free joints was conducted.