声学法测量激光等离子体能量的研究

本文利用激光等离子体声波对高功率脉冲激光与材料相互作用过程进行了测量,首次得到了一定条件下几种材料的激光等离子体能量值。     

激光诱导Al等离子体温度随激光能量变化特性研究

利用ＹＡＧ激光（波长１．０６ μｍ,脉宽为１０ｎｓ）烧蚀Ａｌ靶产生的三条 ＡｌⅢ等离子体谱线 （４５．９２ｎｍ; ４５１．２５ｎｍ; ４１５．０１ｎｍ）;在局部热力学平衡近似下,利用玻尔兹曼图,测定了等离子体电子温度在不 同激光能量下的变化特性．随着激光能量的增加,电子温度从１４８００Ｋ近似单调的上升到２００００Ｋ;随后反而有所 下降．在电子温度达最高时,连续辐射谱强度并未达最大值．同时还观测到,Ａｌ的原子谱线和离子谱线强度随激光 能量有不同的变化特点．利用玻尔兹曼图的最小二乘方拟合,测得Ａｌ Ⅲ谱线４４７．９９ ｎｍ（４ｆ２Ｆ７／２－５ｇ２Ｇ９／２） 跃迁的几率约为（１０．４±０．８）ｘ１０８ ｓ－１     

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。     

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Al等离子体中电子密度的实验研究

用Nd:YAG脉冲激光器产生的1.06μm激光,在低压环境下烧蚀金属Al靶获得等离子体,并观测其空间分辨发射光谱;利用AlⅠ的两条发射谱线的Stark展宽计算了Al等离子体电子密度,研究了电子密度随空间的演化规律。结果发现:在靶面附近电子密度达到最大值,随着离靶面距离的增加,电子密度逐渐减小,从微观物理机制的分析推断:激光诱导等离子体的复合辐射是电子密度减少的主要原因。另外,还探讨了激光能量的变化对等离子体电子密度的影响。     

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。     

高能量激光诱导土壤等离子体辐射的空间分布特征

采用高能量钕玻璃激光器(～15J)在高压环境气体中激发诱导土壤等离子体,气体压强为0.9MPa,研究了不同环境气氛(高纯的氩气、氮气和二氧化碳气体)中,土壤等离子体辐射和电子温度的空间分布情况.以Ti的334.941nm和Mn的344.199nm两条谱线作为发射光谱观测线来分析说明等离子体辐射强度的空间分布规律,实验结果表明,在等离子体的轴向距离样品表面约z＝1.5mm位置区域,等离子体辐射强度最大.利用Ti的334.941nm和337.280nm两条谱线测量得到沿等离子体轴向1.0mm 和1.5mm高度区域的电子温度,结果显示,z=1.0mm区域的电子温度较高;在等离子体中心轴线区域的电子温度最高,并沿等离子体的径向单调递减;在不同环境气体中电子温度变化特征有所不同.     

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。     

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。     

激光诱导紫铜等离子体过程中的逆韧制辐射效应

为了研究激光等离子体相互作用过程中逆韧制辐射效应,用1064nm Nd:YAG激光器诱导产生紫铜等离子体,建立3条铜原子谱线的Boltzmann图,计算得到紫铜等离子体的电子温度为6902K。通过测量铜原子谱线324.75nm的Stark展宽,计算得到紫铜等离子体的电子密度为3.6×1017cm-3;基于铜等离子体的特征参量,得到紫铜等离子体的逆韧制辐射系数是0.021cm-1。结果表明,该光谱分析方法可以在避免对等离子体产生扰动的情况下,得到等离子体的特征参量。     

激光诱导镍等离子体发射光谱Stark展宽和电子密度的空间分辨特性

在大气环境下利用脉冲Nd:YAG激光532nm输出烧蚀Ni靶,产生了激光等离子体。在350-600nm波长范围内测定了激光诱导等离子体中Ni原子的空间分辨发射光谱。得到了385.83nm发射光谱线的Stark展宽及其随径向的变化特性。由发射光谱线的强度和Stark展宽计算了等离子体电子密度,并讨论了激光等离子体的空间演化特性。结果表明,在沿激光束方向上,当距离靶表面0-2.5mm范围内变化时,谱线的Stark展宽、线移和电子密度都随距靶面距离的增大而先增大,在离靶面约1.25mm处时达到最大值,之后随距离的进一步增大而减小;电子密度在0.1-3.0 1016cm-3范围内变化。     

基于平面反射镜约束的激光诱导击穿光谱技术研究北大核心CSCD

为改善激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)的光谱特性,搭建了平面反射镜约束下的LIBS检测系统,将平面反射镜放置于样品两侧,分别选取平面反射镜间距7 mm,9 mm,11 mm,13 mm开展实验,得到等离子体辐射强度随平面反射镜间距增加而减小。研究了不同平面反射镜间距对土壤样品中Fe,Al,Pb 3种元素等离子体特性的影响,实验结果显示:相比于无平面反射镜约束,在平面反射镜间距为7 mm时,样品中Fe I,Al I,Pb I等3种元素的信噪比分别提高了29.9%,39.4%,31.0%;计算得到等离子体温度提高了484.54 K,等离子体电子密度提高了2.41×10^(15)cm^(-3)。对有无平面反射镜约束下的Pb元素进行定量分析,得到检测限从86.9 mg/kg降低到51.2 mg/kg,相对标准偏差从7.8%降低到4.6%。可见,利用平面反射镜是改善激光光谱特性的一种简单有效的方法。     

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。     

飞秒激光诱发的医用质子束特性的实验研究

为了探索飞秒脉冲激光与固体靶相互作用中医用质子束特性,在超短超强激光装置"SILEX-I"上进行了医用高能质子束特性实验研究.实验利用HD810辐射变色膜片(RCF)、CR39核径迹探测器和Thomson离子谱仪分别在固体靶背表面法线方向测量了质子束的空间分布、束密度、产额和能谱.实验结果表明:质子束沿着靶背法线方向发...     

双谱线内标对激光诱导击穿光谱稳定性的改善

为了改善激光诱导击穿光谱稳定性,提出了一种双谱线内标算法,采用分析谱线强度与两条内标谱线强度之和归一化的方式提高分析光谱的稳定性。以钢铁中的硅元素谱线Si Ⅰ 288.16nm为例,对算法进行了数值计算和模拟,最后以锰和铜谱线为例对算法的普遍性进行了验证。结果表明,在激光诱导等离子典型温度和电子数密度区域,采用双谱线内标算法比普通内标法能更有效地改善分析谱线的稳定性。     

激光诱导等离子体中电子密度随时间演化的实验研究

通过测定激光等离子体中镁原子和离子谱线Ｓｔａｒｋ展宽的时间演化特性．得到了激光诱导等离子体中电子密度的时间演化行为及其机理。     

自限跃迁型CuBr激光等离子体电子温度和电子密度

在一台CuBr脉冲激光器上,在不同的工作条件下,观测了时间分辨的氢原子H_a、H_β谱线强度。采用文献[3]所介绍的方法,应用计算机数值模拟H_α、H_β谱线强度,得到了不同工作条件下的时间分辨的电子温度和电子密度,讨论了它们对激光行为的影响。     

强激光引导和诱发大气高压放电研究

报道利用钕玻璃激光器的1.06μm强激光产生大气等离子体通道,从实验上研究了其在加载直流高压的棒状电极电场内对放电情况的影响,通过拍摄到的典型照片,描述了等离子体通道的引导放电特性,并测量了其诱发放电能力.