Ar 辅助Al 等离子体辐射谱分析

Nd∶YAG脉冲激光聚焦到Al靶表面,烧蚀Al靶,产生Al等离子体。用Ar气作保护气时,将诱发Ar气电离,产生丰富的Ar 离子辐射。文中根据Ar 离子辐射信息,分析了ArⅡ385.06nm、ArⅡ386.85nm、ArⅡ404.29nm等三条谱线的时间分辨行为,计算了Al等离子体离子辐射时期的电子温度;估算了特征辐射时期的电子密度。结果发现:在Al等离子体离子辐射时期,电子温度约1.2～1.9eV,随延迟时间增加,单调递减;在特征辐射时期,电子密度大约是2×1018cm-3。     

气压对激光诱导Al等离子体温度的影响

用Nd∶YAG脉冲激光烧蚀Al 靶获得Al 等离子体,利用时空分辨技术采集等离子体的时 空分辨信息。用Ar 气作保护气体,记录了100kPa 、10kPa 、1kPa 、0. 1kPa 气压下的时空分辨谱。借助Ar + 离子丰富的特征谱线,计算等离子体电子温度,从而估算Al 等离子体的温度。结果发现:10kPa 气压下,Ar + 离子辐射相对较强,谱线最清晰,最有利于电子温度的计算;气压降低时,Ar + 离子辐射减弱,但0. 1kPa 时仍采集到清晰的Ar + 离子辐射;100kPa 气压下,Ar + 离子辐射很弱,不能计算电子温度;气压对Ar + 离子辐射影响很大,但对等离子体离子辐射时期的温度影响不大,后三种气压下的估算温度大约都是20000K。     

高气压Ar对激光诱导Al等离子体辐射特性的影响

用高能量钕玻璃激光器(0~25J)烧蚀Al靶产生等离子体。实验中测量了Ar气气压在0.1~1.0MPa范围内,等离子体发射光谱的谱线强度、半宽度、信背比以及等离子体的电子温度和电子密度随气压的变化。结果表明,随着环境气体压强的升高,等离子体的空间体积被压缩,电子温度和电子密度增大,辐射强度有明显的增强。     

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。     

气压对激光烧蚀Al靶诱导保护气电离的影响

用Nd：YAG脉冲激光烧蚀Al靶获得等离子体，脉冲能量固定在145mJ／pulse。用Ar气作保护气，利用时空分辨技术，采集了100Pa、lkPa、10kPa和100kPa气压下等离子体辐射的时空分辨谱。筒要描述了各气压下等离子体的辐射特征，详细分析了各气压下Ar的特征辐射规律。根据这些气压下Ar特征谱线的分布特征，简要论述了Ar气电离与气压的关系；用量子理论对此给予全面解释。进一步讨论了环境气体电离机制，认为环境气体对等离子体的连续辐射吸收是诱导环境气体电离的主要机制。     

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。     

Ar气下激光诱导Cu等离子体电子温度的实验研究

本文从实验上研究了Ar气下激光诱导Cu等离子体的空间分辨发射光谱.在局部热力学平衡(LTE)条件下,根据谱线的相对强度,得到了等离子体的电子温度在104K以上.研究了原子发射谱线强度、电子温度随空间变化的规律.结果表明,通过Cu(Ⅰ)和Ar(Ⅱ)得到的等离子体电子温度随着空间距离的增加都呈下降趋势,具有相同的变化规律.据此,我们可以通过测量背景气体的电子温度来近似判断近靶面未知谱线等离子体的电子温度.     

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。     

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。     

激光诱导钢靶等离子体时间分辨光谱特性研究

为了改善激光诱导击穿光谱质量,使用具有时间分辨功能的光谱仪采集激光诱导钢靶等离子体光谱,研究了钢靶等离子体辐射光谱随延迟时间的变化特性。结果表明,光谱强度和背景强度随延时皆呈指数衰减,原子谱线强度在前4μs内衰减更快但寿命较长,离子谱线存在寿命较短;采集延时对不同谱线的信噪比影响不同,Mn I403.08nm、Cr I 428.97nm、CrⅡ458.82nm、Fe I 430.79nm和FeⅡ503.57nm谱线得到的最佳延时分别为8,2,0,2,4μs。采用双线法和Boltzmann曲线法计算等离子体温度、Saha-Boltzmann方程计算电子密度,验证了在0~10μs范围内采集到的光谱信号满足局部热平衡状态。     

激光烧蚀硅所生成的等离子体发射光谱特性

报道由Ｑ－开关Ｎｄ：ＹＡＧ激光器产生的１．０６μｍ、１０ｎｓ的脉冲激光辐射大气中的硅靶所产生的等离子体发射光谱的研究结果。当作用在硅靶表面的功率密度为９．３×１０９Ｗ／ｃｍ２时，测定了等离子体在２００～８８０ｎｍ波长范围内的时间分辨发射光谱。估计了等离子体点燃的时间，测定了等离子体中硅原子的推进速度，讨论了等离子体中Ｎ＋离子产生的原因。通过测量等离子体辐射谱线的半高宽随延迟时间的变化．得到等离子体中电子密度随时间的延迟近似地以ｅｘｐ（－ｔ１／２）的关系衰减。     

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。     

准分子激光轰击Y—Ba—Cu—O高温超导靶的空间分辨光谱研究

采用WP4-光学多道分析仪对准分子激光轰击Y_1Ba_2Cu_3O_x超导靶产生的等离子体辐射进行了空间分辨测量和研究。实验结果表明,在靶面的邻近区(d<0.35mm),等离子体的辐射为较强的连续谱,同时叠加有Y、Ba原子和Y~+、Ba~+离子基态电子跃迁的自吸收线。Y、Ba、Cu原子和相应的一价离子以及金属氧化物分子激发态的发射谱线仅在距靶面为0.4mm以外的区域出现。光谱的测量结果支持靶面发生爆炸,出射分子簇团和固体微粘的激光烧蚀沉积动力学机制解释。     

激光烧蚀Cu产生等离子体的连续辐射研究

通过对脉冲Ｎｄ：ＹＡＧ激光烧蚀金属Ｃｕ过程中,的烧蚀靶和收集板上电荷的时间分辩测量,分析了烧蚀过程中是民离子从烧蚀靶表面的发射特征。结合连续辐射强度的时空分布,讨论了激光诱导等离子体连续辐射的产生机理,认为连续辐射是以 电子的轫致辐射为主要机制。     

毛细管放电类氖-氩等离子体参数计算

利用北京计算数学与物理研究所编制的一维磁流体力学程序对毛细管放电抽运类氖-氩离子等离子体进行了计算.将等离子体Z箍缩过程分三个阶段进行了分析:初步电离的等离子体被箍缩、加热、电离阶段;等离子体坍塌产生X光阶段;等离子体膨胀激光输出结束阶段.给出了等离子体半径、电子、离子温度和密度、箍缩速度等参数随放电电流的变化.根据Cowan程序对类氖-氩原子参数的计算结果,讨论了在毛细管放电类氖-氩等离子体中形成粒子数反转的可能性.最后,讨论了在类氖-氩等离子体中产生46.9 nm软X光激光的条件:电子密度Ne(0.3-1)*1019 cm-3,电子温度～60 eV;并对软X射线激光能在等离子体中实现传输、放大的条件进行了分析:要求细的等离子体直径(～几百微米),以避免类氖-氩2p-3s谱线的自吸收;径向电子密度分布成凹线形以实现激光的传输.(OA3)     

纳秒/皮秒双束激光联合驱动双层靶的γ辐射特性

基于神光Ⅱ升级装置,研究了纳秒/皮秒双束激光联合驱动双层靶的伽马(γ)辐射特征。利用ns束激光与CH薄膜靶相互作用,产生大尺度近临界密度等离子体,然后将ps束激光作用在该等离子体上,产生高能电子,高能电子穿过2 mm厚的Au靶,通过轫致辐射产生γ射线。对不同方向的γ辐射能谱和靶室外的γ辐射剂量分布进行实验测量,发现γ辐射集中在激光前冲方向,具有较小的发散角,而且在该方向上高能段的γ辐射较强。这说明双层靶的设计可以提高ps束激光与等离子体的能量耦合效率,提高高能电子温度,增加高能电子数目,有利于高能段γ辐射在ps束激光的前冲方向集中。另外,在靶室外距离靶点1.25 m处测到的50 keV以上γ辐射的单发次最大剂量为277 μGy。本研究结果对γ辐射的防护和应用具有参考价值。     

磁等离子体动力电弧喷流中的复合激光作用

用4千安、12克氩/秒之高功率准稳定磁等离子体动力电弧射流，从实验上证实了等离子体动力复合激光之概念。电弧喷出气流中测得的电子温度、电子密度和粒子数密度之空间变化证明，通过Ar III离子的碰撞一辐射复合建立了4P~4S Ar II跃迁的反转粒子数。利用一个与气流横向安置的光学谐振腔，在1毫秒之全部放电时间内用分光及光电法观察到5145，4880，4764和4727埃这四种复合激光作用。     

激光诱导硅等离子体的时间分辨发射光谱分析

文中探测了硅靶在波长为1．064μm、脉宽10ns的脉冲激光辐照下等离子体时间分辨发射光谱,分析了电子温度、电子密度和连续谱的演化。利用能级寿命和连续谱最大强度的出现时间解释了NⅡ399．5nm、SiⅡ385．6nm和SiⅡ386．3nm谱线强度最大值的出现时间。NⅡ399．5nm谱线的寿命比siⅡ谱线的寿命要短得多,我们认为这和它们的产生过程有关。在1Pa的背景气压下能够探测到siⅢ和siⅣ的光谱线,而在1．01×10^５pa时却无迭分辨。     

基于LIBS技术的黄铜等离子体特征参量的研究

为了减小测量误差,采用改进的Boltzmann方法和Lorentz函数拟合方法,迭代计算得到黄铜等离子体的电子温度是6051K,拟合CuⅠ324.75nm得到等离子体的电子密度是3.31017cm-3.结果表明,经过9次迭代,电子温度的线性相关系数由0.73提高到0.98;经过15次叠加,电子密度的拟合相关度由0.90提高到0.96.这一结果对于精确求解等离子体的特征参量是有帮助的.     

基于BCl3感应耦合等离子体的蓝宝石光滑表面刻蚀

利用Ar/BCl3、Cl2/BCl3和SF6/BCl3感应耦合等离子体(ICP),研究了蓝宝石(Al2O3)材料的干法刻蚀特性.实验表明,优化BCl3含量(80%),可以提高对Al2O3衬底的刻蚀速率;在BCl3刻蚀气体中加入20%的Ar气可以在高刻蚀速率下同时获得优于未刻蚀Al2O3衬底表面的光滑刻蚀表面和较好的刻蚀侧壁,原子力显微镜(AFM)分析得到最优刻蚀平整度为0.039 nm,俄歇电子能谱(AES)分析其归一化Al/O原子比为0.94.