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Investigation on plasma characteristics in a laser ablation pulsed plasma thruster by optical emission spectroscopy 被引量:2
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作者 Yu ZHANG Jianjun WU +2 位作者 Yang OU Daixian ZHANG Jian LI 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第4期83-89,共7页
In order to further improve the propulsion performance of pulsed plasma thrusters for space micro propulsion,a novel laser ablation pulsed plasma thruster is proposed,which separated the laser ablation and electromagn... In order to further improve the propulsion performance of pulsed plasma thrusters for space micro propulsion,a novel laser ablation pulsed plasma thruster is proposed,which separated the laser ablation and electromagnetic acceleration.Optical emission spectroscopy is utilized to investigate the plasma characteristics in the thruster.The spectral lines at different times,positions and discharge intensities are experimentally recorded,and the plasma characteristics in the discharge channel are concluded through analyzing the variation of spectral lines.With the discharge energy of 24 J,laser energy of 0.6 J and the use of aluminum propellant,the specific impulse and thrust efficiency reach 6808 s and 70.6%,respectively. 展开更多
关键词 laser ablation pulseD plasma THRUSTER optical EMISSION spectroscopy plasma PROPULSION performance
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Micro-impulse and plasma plume produced by irradiating aluminum target with nanosecond laser pulses in double-pulse scheme 被引量:1
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作者 Chenghao YU Jifei YE +2 位作者 Weijing ZHOU Hao CHANG Wei GUO 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第7期82-89,共8页
The micro-impulse generated by ablating an aluminum target in double-pulse laser bursts with different interpulse delays was investigated using a torsion pendulum.The plasma plume was simultaneously visualized using h... The micro-impulse generated by ablating an aluminum target in double-pulse laser bursts with different interpulse delays was investigated using a torsion pendulum.The plasma plume was simultaneously visualized using high-speed photography to analyze the coupling mechanism of the ablation impulse.The experiment was carried out using a pulsed laser with a pulse width of 8 ns and a wavelength of 1064 nm.The experimental results show that an impulse with an interpulse delay of 60 ns is roughly 60%higher than that with no delay between the two pulses,when the energy of both laser pulses is 50 m J.Therefore,double-pulse schemes could enhance the ablation impulse under certain conditions.This is because the ablation of the first laser pulse changes the optical properties of the aluminum target surface,increasing the absorptivity.However,the ablation impulse is reduced with a time delay of 20 ns when the energy of both laser pulses is100 mJ or 150 mJ.It can be concluded that the plasma produced by ablating the aluminum with the first pulse shields the second laser pulse.To summarize,the experimental results show that different delay times in a double-pulse scheme have a significant effect on the ablation impulse.The study provides a reference for the optimization of the parameters when laser ablation propulsion with a double-pulse scheme is applied in the fields of space debris removal,laser ablation thrusters,and so on. 展开更多
关键词 laser ablation double pulse scheme impulse enhancement aluminum plasma plume fast photography
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共轴双脉冲激光诱导击穿光谱等离子体辐射信号的增强机制
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作者 赵芸怡 宋震 +5 位作者 王俊霄 张雷 马维光 董磊 尹王保 贾锁堂 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期2029-2039,共11页
双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)在痕量元素的高灵敏探测中发挥着重要作用,有关其信号增强机制已存在有诸多解释,但有必要进一步从等离子体辐射荧光特性、等离子体温度和数密度的空间分布等方面开展深入探讨。构建了基于激光热烧蚀和... 双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)在痕量元素的高灵敏探测中发挥着重要作用,有关其信号增强机制已存在有诸多解释,但有必要进一步从等离子体辐射荧光特性、等离子体温度和数密度的空间分布等方面开展深入探讨。构建了基于激光热烧蚀和二维轴对称流体动力学的理论模型,并用它模拟了单脉冲LIBS和共轴双脉冲DP-LIBS激发条件下激光烧蚀铝镁合金产生等离子体及其辐照度的时空演化过程,对比了不同脉冲间隔下谱线强度的增强效果,分析了等离子体温度、各类粒子数密度的空间分布结构以及等离子体的屏蔽效应,并由此阐释了DP-LIBS的光谱信号增强机制。结果表明,共轴DP-LIBS诱导等离子体辐射信号的增强主要源于第二束激光增加了粒子数密度和等离子体温度,而等离子体的屏蔽效应主要出现在靶材表面的羽流层。这一研究为DP-LIBS实验研究和信号增强溯源提供了重要的理论基础,也能够帮助科研人员快速准确地优化DP-LIBS实验装置参数。 展开更多
关键词 激光诱导等离子体 辐射流体动力学模型 双脉冲激光诱导击穿光谱 激光烧蚀 信号增强机制
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A theoretical study of the signal enhancement mechanism of coaxial DP-LIBS
4
作者 宋震 王俊霄 +11 位作者 王钢 张雷 王树青 张婉飞 马晓飞 刘珍荣 罗学彬 马维光 叶泽甫 朱竹君 尹王保 贾锁堂 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期156-164,共9页
In the field of dual-pulse laser-induced breakdown spectroscopy(DP-LIBS)research,the pursuit of methods for determining pulse intervals and other parameters quickly and conveniently in order to achieve optimal spectra... In the field of dual-pulse laser-induced breakdown spectroscopy(DP-LIBS)research,the pursuit of methods for determining pulse intervals and other parameters quickly and conveniently in order to achieve optimal spectral signal enhancement is paramount.To aid researchers in identification of optimal signal enhancement conditions and more accurate interpretation of the underlying signal enhancement mechanisms,theoretical simulations of the spatiotemporal processes of coaxial DP-LIBS-induced plasma have been established in this work.Using a model based on laser ablation and two-dimensional axisymmetric fluid dynamics,plasma evolutions during aluminum–magnesium alloy laser ablation under single-pulse and coaxial dualpulse excitations have been simulated.The influences of factors,such as delay time,laser fluence,plasma temperature,and particle number density,on the DP-LIBS spectral signals are investigated.Under pulse intervals ranging from 50 to 1500 ns,the time evolutions of spectral line intensity,dual-pulse emission enhancement relative to the single-pulse results,laser irradiance,spatial distribution of plasma temperature and species number density,as well as laser irradiance shielded by plasma have been obtained.The study indicates that the main reason behind the radiation signal enhancement in coaxial DP-LIBS-induced plasma is attributed to the increased species number density and plasma temperature caused by the second laser,and it is inferred that the shielding effect of the plasma mainly occurs in the boundary layer of the stagnation point flow over the target surface.This research provides a theoretical basis for experimental research,parameter optimization,and signal enhancement tracing in DP-LIBS. 展开更多
关键词 laser-induced plasma radiation fluid dynamics model double pulse laser-induced breakdown spectroscopy(DP-LIBS) laser ablation signal enhancement mechanism
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发射光谱法研究纳秒激光烧蚀硅等离子体特性 被引量:2
5
作者 高勋 金明星 +1 位作者 丁大军 林景全 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1657-1662,共6页
利用调QNd3+:YAG激光器三倍频355nm激光脉冲烧蚀空气环境的硅样品,观测不同脉冲激光能量下产生的等离子体在380~420nm范围内的时间-空间分辨等离子体发射光谱,观测到在等离子体羽膨胀初期存在N+发射光谱。在局域热力学平衡近似条件下,... 利用调QNd3+:YAG激光器三倍频355nm激光脉冲烧蚀空气环境的硅样品,观测不同脉冲激光能量下产生的等离子体在380~420nm范围内的时间-空间分辨等离子体发射光谱,观测到在等离子体羽膨胀初期存在N+发射光谱。在局域热力学平衡近似条件下,根据时间-空间分辨等离子体发射光谱计算得到等离子羽体电子温度和电子密度随时间延时存在二次指数衰减变化,等离子体羽体电子温度和电子密度的空间分布近似呈Lorentz分布,发现在确定激光脉冲能量下电子密度空间分布最大值偏离光谱强度最大空间位置并对产生原因进行分析,探讨了等离子体羽参数与激光脉冲能量的关系。 展开更多
关键词 脉冲激光烧蚀 等离子体发射光谱 电子温度 电子密度
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纳秒脉冲激光斜入射辐照铝靶等离子体羽流及微冲量特性研究 被引量:1
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作者 于程浩 叶继飞 +2 位作者 周伟静 常浩 郭威 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期933-939,共7页
为研究脉冲激光斜入射烧蚀铝靶冲量耦合机理,直接测量其宏观冲量耦合特性是其中一种手段,但激光烧蚀包含多种物理过程,仅仅研究其宏观力学性能难以深入分析冲量形成机理,脉冲激光烧蚀形成的等离子体羽流喷射是诱发力学效应的重要过程,因... 为研究脉冲激光斜入射烧蚀铝靶冲量耦合机理,直接测量其宏观冲量耦合特性是其中一种手段,但激光烧蚀包含多种物理过程,仅仅研究其宏观力学性能难以深入分析冲量形成机理,脉冲激光烧蚀形成的等离子体羽流喷射是诱发力学效应的重要过程,因此,在研究宏观力学性能的基础上,通过开展脉冲激光斜入射烧蚀铝靶等离子体羽流及发射光谱特性测量研究,深入分析脉冲激光烧蚀冲量耦合机理。围绕单脉冲1064nm激光斜入射烧蚀铝靶开展研究,首先通过构建高速摄影测量系统和发射光谱测量系统,获得了典型激光能量密度斜入射烧蚀铝靶产生的等离子体羽流图像、等离子体光谱图像和等离子体发射光谱,基于等离子体发射光谱,利用Boltzmann作图法和Stark展宽法,分别研究了脉冲激光多种斜入射角度下等离子体温度、电子数密度随能量密度的变化关系;通过搭建扭摆微冲量测量系统,研究了脉冲激光多种斜入射角度下,沿着激光入射方向的冲量耦合系数随能量密度的变化。研究中遵循从羽流微尺度演化过程到冲量宏观力学性能测量分析的研究思路。实验结果表明,随着能量密度的增加,等离子体羽流发光强度增强,羽流离化程度增加,等离子体温度、电子数密度均先迅速增加,冲量耦合系数也迅速增加;当能量密度大于15 J·cm^(-2)时,由于等离子体屏蔽效应,等离子体温度、电子数密度均逐渐趋于饱和,最终导致冲量耦合系数随着能量密度的增加而减小;此外,随着入射角度的增加,等离子体温度、电子数密度均逐渐减小,导致冲量耦合系数也随之减小。研究结果表明,利用高速摄影和发射光谱可较好地分析脉冲激光烧蚀冲量耦合机理,研究结果可为激光空间碎片清除、空间微推力器、空间非合作目标消旋等空间应用的关键参数优化提供参考。 展开更多
关键词 激光烧蚀 斜入射 等离子体羽流 高速摄影 发射光谱 等离子体屏蔽 冲量耦合
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Temperature and electron density of soil plasma generated by LA-FPDPS 被引量:5
7
作者 Xia-Fen Li Wei-Dong Zhou Zhi-Feng Cui 《Frontiers of physics》 SCIE CSCD 2012年第6期721-727,共7页
Electron temperature and electron number density are important parameters in the characterization of plasma. In this paper the electron temperature and electron number density of soil plasma generated by laser ablatio... Electron temperature and electron number density are important parameters in the characterization of plasma. In this paper the electron temperature and electron number density of soil plasma generated by laser ablation combined with nanosecond discharge spark at different discharge voltages have been studied. Saha-Boltzmann plot and Stark broadening are used to determine the temper- ature and electron number density. It is proved that local thermal equilibrium is fulfilled in the nanosecond spark enhanced plasma. The enhanced optical emission, signal to noise ratio and the stability in term of the relative standard deviation of signal intensity at different spark voltages were investigated in detail. A relative stable discharge process was observed with use of a 10 kV discharge voltage under the carried experimental configuration. 展开更多
关键词 laser ablation fast pulse discharge plasma spectroscopy (LA-FPDPS) local thermodynamic equilibrium (LTE) electron temperature electron number density discharge voltage
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预烧蚀双脉冲激光诱导Fe等离子体发射光谱的实验研究 被引量:14
8
作者 王琦 梁云仙 +4 位作者 陈兴龙 王静鸽 杨阳 倪志波 董凤忠 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期212-216,共5页
采用预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对Fe元素的发射光谱开展实验研究。通过比较单脉冲(SP)和双脉冲(DP)激发的等离子体光谱,发现采用预烧蚀DP烧蚀样品可以提高光谱信号的强度;以预烧蚀DP-LIBS信号的增强程度为对象,研究光... 采用预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对Fe元素的发射光谱开展实验研究。通过比较单脉冲(SP)和双脉冲(DP)激发的等离子体光谱,发现采用预烧蚀DP烧蚀样品可以提高光谱信号的强度;以预烧蚀DP-LIBS信号的增强程度为对象,研究光谱增强程度随两束激光脉冲间隔在-102~0μs的变化,发现两脉冲间隔为-9μs时,Fe原子谱线的增强程度最大,信号增强了6.5倍。谱线半峰全宽(FWHM)的变化反映了电子密度的变化,实验研究并分析了谱线FWHM随两脉冲间隔和采集延时的变化。对增强程度随延时的变化进行研究,发现两脉冲间隔不同,增强程度随采集延时的变化也不同。 展开更多
关键词 光谱学 预烧蚀 双脉冲 激光诱导击穿 等离子体光谱 信号增强
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预烧蚀激光参数对双脉冲激光诱导击穿光谱增强的影响 被引量:9
9
作者 高勋 邵妍 +3 位作者 杜闯 赵振明 郑权 林景全 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期243-247,共5页
以合金钢为样品,利用Cr I 520.8nm和Fe I 522.7nm谱线强度变化分析预烧蚀激光参数对纳秒532nm/1064nm正交预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)增强的影响,对实验条件进行了优化。结果表明在预烧蚀脉冲能量为70mJ,主烧蚀脉冲能量为100... 以合金钢为样品,利用Cr I 520.8nm和Fe I 522.7nm谱线强度变化分析预烧蚀激光参数对纳秒532nm/1064nm正交预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)增强的影响,对实验条件进行了优化。结果表明在预烧蚀脉冲能量为70mJ,主烧蚀脉冲能量为100mJ,预烧蚀脉冲焦点距样品表面1mm,距主烧蚀脉冲光路1mm时,DP-LIBS具有最大光谱增强。Cr I 520.8nm谱线在30ms时光谱增强达到12.5,然后快速下降。最后初步分析了正交预烧蚀DP-LIBS光谱增强机理。 展开更多
关键词 光谱学 等离子体 双脉冲激光诱导击穿光谱 正交预烧蚀 光谱增强
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飞秒激光烧蚀铝靶产生喷射物的超快脉冲数字全息诊断 被引量:10
10
作者 胡浩丰 王晓雷 +2 位作者 李智磊 张楠 翟宏琛 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期7662-7667,共6页
采用脉冲数字显微全息技术,对50fs单脉冲激光烧蚀铝靶过程中的物质喷射以及等离子体演化的动态过程进行了实验研究,获得了高时空分辨的动态数字全息图.由全息图观察到了热弹力波引起的二次喷射现象,并且报道了大延迟下喷射物质对400nm... 采用脉冲数字显微全息技术,对50fs单脉冲激光烧蚀铝靶过程中的物质喷射以及等离子体演化的动态过程进行了实验研究,获得了高时空分辨的动态数字全息图.由全息图观察到了热弹力波引起的二次喷射现象,并且报道了大延迟下喷射物质对400nm探测光所引起的干涉条纹的反常移动现象.通过对全息图进行数字再现,得到了不同延迟下探测光穿过等离子体后的二维相位分布,并运用逆Abel变换算法获得了等离子体折射率以及等效电子密度的时空演化动态过程.根据实验以及计算所得到的有关于喷射物的光学性质,对喷射物的结构和成分进行了分析. 展开更多
关键词 脉冲数字全息 飞秒激光烧蚀 超快时间分辨 等离子体
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纳秒激光烧蚀光学玻璃的等离子体发射光谱特性 被引量:6
11
作者 高勋 宋晓伟 +2 位作者 郭凯敏 李海军 林景全 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期248-252,共5页
对波长355 nm,脉宽5 ns的激光脉冲烧蚀空气中光学玻璃产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究。结果表明,在等离子体羽膨胀初期(小于200 ns时间范围内),等离子体发射光谱主要由连续光谱构成。此后,连续光谱强度逐渐减弱,线状... 对波长355 nm,脉宽5 ns的激光脉冲烧蚀空气中光学玻璃产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究。结果表明,在等离子体羽膨胀初期(小于200 ns时间范围内),等离子体发射光谱主要由连续光谱构成。此后,连续光谱强度逐渐减弱,线状光谱开始占主导地位。实验表明,由于存在等离子体屏蔽效应,脉冲能量大于35 mJ后,光谱线强度开始减弱。由时间分辨发射光谱发现,在等离子体羽膨胀过程中等离子体辐射波长(以Si I390.6 nm为例)存在红移现象,波长红移量随时间演化呈二次指数衰减。 展开更多
关键词 光谱学 脉冲激光烧蚀 等离子体发射光谱 谱线强度 光谱红移
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激光烧蚀脉冲放电激发的土壤等离子体电子数密度和温度的研究 被引量:8
12
作者 李霞芬 周卫东 +1 位作者 钱惠国 李科学 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期291-296,共6页
以激光烧蚀快脉冲放电激发土壤为例,研究了激光烧蚀快脉冲放电等离子体技术产生的土壤等离子体的电子数密度和温度。根据实验测得的Si原子和离子谱线的强度和萨哈玻尔兹曼方程,计算了等离子体的电子温度,并从分析Si I 250.69nm谱线的斯... 以激光烧蚀快脉冲放电激发土壤为例,研究了激光烧蚀快脉冲放电等离子体技术产生的土壤等离子体的电子数密度和温度。根据实验测得的Si原子和离子谱线的强度和萨哈玻尔兹曼方程,计算了等离子体的电子温度,并从分析Si I 250.69nm谱线的斯塔克展宽中导出了等离子体的电子数密度。与使用同样激光能量激发的激光等离子体相比,激光烧蚀快脉冲放电激发等离子体的电子数密度和温度都明显增加,与观察到的光谱信号强度是一致的。 展开更多
关键词 光谱学 激光烧蚀快脉冲放电 土壤 电子温度 电子数密度
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激光消融-快脉冲放电等离子体光谱定量检测铝合金中元素 被引量:3
13
作者 李科学 周卫东 +3 位作者 钱惠国 李霞芬 任志君 彭保进 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2012年第1期133-136,共4页
采用激光烧蚀-快脉冲放电等离子体光谱技术分析铝合金样品。记录了该技术激发铝合金样品后的发射光谱以及若干元素谱线的信噪比和谱线强度的相对标准偏差(RSD)。与传统的激光诱导击穿光谱技术相比,激光烧蚀-快放电等离子体光谱技术应用... 采用激光烧蚀-快脉冲放电等离子体光谱技术分析铝合金样品。记录了该技术激发铝合金样品后的发射光谱以及若干元素谱线的信噪比和谱线强度的相对标准偏差(RSD)。与传统的激光诱导击穿光谱技术相比,激光烧蚀-快放电等离子体光谱技术应用于铝合金样品后所产生的辐射光谱强度和信噪比均有很大提高,发射光谱线强度的相对标准偏差也得到了改善。此外还得到了采用该技术对铝合金样品中若干微量元素进行定量检测的标准曲线。 展开更多
关键词 光谱学 激光消融-快脉冲放电等离子体光谱 信号增强 铝合金 定量分析
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飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究 被引量:2
14
作者 高勋 宋晓伟 +2 位作者 郭凯敏 陶海岩 林景全 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期423-428,共6页
对中心波长为800nm,脉宽为100fs的激光脉冲烧蚀空气中硅(111)产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究.结果表明,在等离子体羽膨胀初期(小于50ns时间范围内),等离子体发射光谱主要由连续光谱构成,此后连续光谱强度逐渐减弱,线... 对中心波长为800nm,脉宽为100fs的激光脉冲烧蚀空气中硅(111)产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究.结果表明,在等离子体羽膨胀初期(小于50ns时间范围内),等离子体发射光谱主要由连续光谱构成,此后连续光谱强度逐渐减弱,线状光谱开始占主导地位;在羽体膨胀过程中离子谱线的存在时间短于原子谱线的存在时间.由时间分辨发射光谱发现在羽体膨胀过程中等离子体辐射波长存在红移现象,波长红移量随时间演化呈二次指数衰减.最后给出等离子体发射光谱谱线强度的时空演化规律. 展开更多
关键词 飞秒激光 脉冲激光烧蚀 等离子体 发射光谱
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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 被引量:1
15
作者 翟洋 朱日宏 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第B06期106-111,共6页
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... 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Nd:YAG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。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 短脉冲激光 预激发 等离子体 电子温度
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金属表面激光烧蚀的发射光谱分析 被引量:1
16
作者 吴凌晖 吴嘉达 +1 位作者 伍长征 李富铭 《应用激光》 CSCD 北大核心 1994年第4期149-152,共4页
时间和空间分辨发射光谱方法被用来研究短脉冲(5ns)激光烧蚀钛靶过程中产生的等离子体羽。通过测量其中钛原子和离子的发射光谱,计算了等离子体羽的膨胀速度,讨论了钛原子和一价离子密度的时间分布和时间演化以及激光参数的影响。
关键词 脉冲激光烧蚀 沉积 发射光谱 金属
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