激光诱导氩气等离子体时间分辨特性研究
作者:何亚雄; 周文琦; 庄彬; 张永胜; 柯川; 许涛; 赵勇
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激光诱导击穿光谱(LIBS)的特点是微等离子体的激光诱导原子发射。它在科学研究和工业领域受到重视并蓬勃发展。作为一种环境气体,氩在等离子体的演化过程中对粒子的碰撞过程有着重要的影响,这决定了LIBS技术分析的性能。利用光谱诊断技术深入研究LIBS技术条件下氩的光谱特性,对提高LIBS技术及其应用水平具有重要意义。利用中阶梯光栅光谱仪记录的时间序列光谱信息,研究了瞬态Ar等离子体的碰撞和衰减过程,包括等离子体演化过程中的辐射机制以及等离子体电子数密度和温度的时间演化特征。结果表明,在激光与氩相互作用的初始阶段,光谱主要由连续辐射组成。0.6s后,光谱主要由氩原子和离子的离散跃迁辐射线组成。氩原子线和离子线的演化周期不同。在0~1.0s和1.0~2个原子线的延迟时间内,离子线占主导地位。利用Stark展宽、Saha和Boltzmann曲线方程计算了60、80和100mJ脉冲激光能量激发的等离子体温度和温度。等离子体的电子数密度在0.2~2.0S的延迟时间内迅速衰减,然后在较长的延迟时间内缓慢下降,大约在4.0S内达到相同的数量级。等离子体温度(80mJ)从最初的0.2秒时的18000 K迅速下降到13000 K(2.0),5.0秒后缓慢下降到12000 K。为了进一步测试和优化激光脉冲对氩的分析性能,研究了氩的不同信噪比随时间的演化特征。结果表明,氩原子线在2.0~6.0s的延迟窗口内具有较高的信噪比,氩离子线在0.1~1.0s的延迟窗口内具有较高的信噪比。