自由电子激光制备高强度亚稳态氦原子和类氦离子

在少电子原子精密光谱测量中,产生高强度、单一量子态的氦原子和类氦离子是实验研究的关键,也是改善实验测量信噪比的决定性因素.本文提出利用自由电子激光获得高强度亚稳态氦原子和类氦离子的实验方案.激光的制备效率可以通过求解光和原子相互作用的主方程获得,根据拟建设的深圳自由电子激光装置的设计参数和实验条件,计算得到亚稳态He,Li^(+)和Be^(2+)的制备效率分别可达3%,6%和2%以上.与常见的气体放电和电子轰击等制备方法相比,激光激发产生亚稳态原子/离子不仅可以提高制备产率,也可以降低放电时产生的电子、离子以及光子等高能杂散粒子的影响.利用自由电子激光激发制备亚稳态氦原子和类氦离子有望应用于多个研究领域.

激光诱导钛合金等离子体电子温度和电子密度的时间分辨测量

以波长为532 nm的纳秒脉冲激光器为激发源,使用中阶梯光栅光谱仪和增强电荷耦合器件(ICCD)获得了激光诱导钛合金等离子体的时间分辨发射光谱;基于发射光谱,利用玻尔兹曼图法和萨哈-玻尔兹曼图法计算了等离子体电子温度;采用斯塔克展宽法计算了电子密度。研究结果表明,相较于玻尔兹曼图法,萨哈-玻尔兹曼图法可提供更为准确的电子温度计算结果。此外,光谱采集门宽的增大会导致等离子体电子温度和电子密度计算值的减小。以上研究结果为钛合金的激光诱导击穿光谱(LIBS)分析提供了实验指导。

用发射光谱测量激光等离子体的电子温度与电子密度

本文研究以Ａｒ为缓冲气体，用Ｎｄ：ＹＡＧ激光烧蚀固体表面的等离子体。用光学多道分析仪测量了等离子体的时间分辨发射光谱，用一组ＭｎＩ谱线的相对强度计算了激光等离子体的电子温度，根据ＭｇＩ和ＡｌＩ谱线的Ｓｔａｒｋ展宽计算了等离子体的电子密度。

Al激光等离子体电子温度的时间分辨诊断

将门控分幅相机与平面晶体谱仪耦合,构成时间分辨光谱测量系统,对Al激光等离子体的K壳层发射谱进行测量,获得了相对入射激光延迟约1ns,积累时间约200ps的光谱信号。利用稳态碰撞 辐射平衡(CRE)近似条件下的等离子体光谱辐射动力学模型,给出了Al激光等离子体Ly β线与He β线强度比以及Ly γ线与He γ线强度比与电子温度的函数关系。在此基础上,根据实验谱线强度比,得到激光强度为2.319×1014,1.937×1014和3.946×1014W/cm2时,等离子体冕区电子温度分别为1.190(1±27%),1.165(1±27%)和1.525(1±27%)keV。

激光能量对激光诱导Cu等离子体特征辐射强度、电子温度的影响

利用Nd :YAG激光 (波长 10 6 4nm ,脉宽 10ns)烧蚀金属Cu靶获得等离子体。改变激光脉冲能量 ,观测到Cu的原子谱线和离子谱线随激光脉冲能量有不同的变化关系 ,但都在 330mJ/ pulse时 ,谱线强度达到最大 ,随后在 330mJ～ 370mJ/pulse间出现一小平台 ,能量继续增加 ,各谱线强度减小。同时 ,使用烧蚀Cu靶产生的五条原子谱线 (4 6 5 .11nm ,5 10 .5 5nm ,5 15 .32nm ,5 2 1.82nm ,5 2 9.2 5nm)的相对强度 ,在局部热力学平衡近似下 ,利用Boltzmann图的最小二乘法拟合 ,测定了不同激光能量下Cu等离子体的电子温度。随激光能量的增加 ,电子温度近似单调地从 1.0 2× 10 4K上升到 1.4 6× 10 4K后 ,反而有所下降。

飞秒激光与等离子体相互作用过程中超热电子能谱的测量

报道了在3TW飞秒激光器上完成的激光 等离子体相互作用过程中产生的超热电子的能谱测量结果。能谱测量显示:在较低的能段,超热电子能谱先是呈现一个局部的平台,然后迅速衰减,呈现非类麦克斯韦分布,这是由于几种加热机制共同作用,其中占主导地位的是反射激光对电子的加速;在较高的能段,超热电子能谱呈类麦克斯韦分布,拟合的温度远远高于已知的温度定标律给出的温度,其原因在于超热电子分布的高能尾部本身的抬高和激光的自聚焦及成道。

高气压Ar气对激光诱导Cu等离子体电子温度的影响

用高能量钕玻璃激光器产生的脉冲激光(0～25J)烧蚀Ar气氛中的Cu靶,观测了激光诱导Cu等离子体的发射光谱强度随环境气压(0·1～0·5MPa)的增强规律。为了探讨辐射增强的机理,在局部热平衡(LTE)近似条件下,测量了等离子体的电子温度随环境气压的变化。实验结果表明,等离子体的电子温度随着环境气压的升高而正比增加。为了进一步了解等离子体的空间行为,测量了Ar气气压分别为0·1,0·3,0·5MPa时,等离子体电子温度的空间分布。

激光诱导Ti等离子体电子温度的实验研究

室温,常压下,利用Nd∶YAG脉冲激光器产生的波长为1 064nm,脉宽12ns,能量分别180,230和280mJ的脉冲激光冲击Ti靶,使用中阶梯光栅光谱仪检测了三种激光能量下对应的光谱。调节延时器DG645的延迟时间,检测了延迟0~500ns时间范围内Ti等离子体对应激光能量下的发射光谱,分析光谱,可以得到了九条不同的的TiⅠ和TiⅡ等离子体谱线,证明在该实验条件下,Ti靶能够充分吸收能量电离且离子谱线具有不同的演化速率,利用Saha-Boltzmann法计算并分析Ti等离子体电子温度,实验结果表明:相同的延迟时间,激光能量越大,谱线相对强度越大,电子温度越高,谱线相对强度的变化量随激光能量的变化量增大而增大;在延时0~150ns内,三种激光能量下的等离子体电子温度和谱线的相对强度都随延迟时间的增加而快速下降,其中280mJ激光能量下的等离子体电子温度和谱线强度下降速率较快;在150~250ns范围内,电子温度和谱线强度均随延迟时间的增加有一个缓慢的上升,180mJ激光能量下的等离子体电子温度和谱线强度的上升速率较快。250~500ns范围内,三种激光能量下的电子温度和谱线强度均随延迟时间的增加而缓慢下降。

飞秒激光成丝诱导Cu等离子体的温度和电子密度

研究了飞秒激光成丝诱导铜击穿光谱,利用光发射光谱对产生的铜等离子体光谱强度沿着丝长度进行了测量,获得了在不同样品与聚焦透镜间距离的Cu(I)的强度分布.结果显示,由于强度钳箍效应成丝诱导的光谱在较大的透镜样品间距离范围内有较强的辐射强度.另外,利用玻尔兹曼图和斯塔克展宽计算了整个成丝繁衍距离中Cu等离子体温度和电子密度.

激光诱导氮气等离子体时间分辨光谱研究及温度和电子密度测量

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种重要的分析手段被广泛应用于材料分析、环境监测等领域.特别是随着大气污染问题的日趋严重,基于LIBS的大气污染在线监测分析技术快速发展,氮气等离子体特性的时间演化规律对研究激光诱导大气等离子体动力学和发展大气污染监测的LIBS技术具有重要意义.而温度和电子数密度作为表征等离子体状态最重要的参数,直接影响着等离子体形成、膨胀和退化中的动力学过程以及等离子体中的能量传输效率.本文利用等离子体时间分辨光谱,研究了连续背景辐射、分子谱线强度及信背比(分子谱线与连续背景辐射的比值)在等离子体演化过程中的变化规律,结果显示连续背景辐射寿命在700 ns左右,N_2^+(B^2Σ_u^+-X^2Σ_g^+,v:0-0)跃迁谱线强度在12—15μs范围内达到最大值,信背比随时间呈现上升、稳定的趋势,因此利用N+2分子离子第一负带系(B^2Σ_u^+-X^2Σ_g^+)研究等离子体温度的观测窗口应选择在10—25μs之间;基于双原子光谱理论,通过拟合实测光谱和仿真光谱研究了大气压下激光诱导氮气等离子体温度随时间的演化趋势,由于辐射损耗远小于碰撞作用,在10—28μs内等离子体温度从约10000 K按指数衰减到约6000 K;在准确测定仪器展宽线型的基础上,利用Nelder-Mead单纯形算法,研究了N原子746.831 nm谱线的Stark展宽和位移随时间的演化趋势,计算了等离子体中电子数密度随时间在10^(17)—10^(16)cm^(-3)量级间衰减,通过分析发现造成等离子体中电子数衰减的主要机理是三体碰撞复合.

Al激光等离子体电子密度的空间分辨诊断

采用20μm的狭缝配平面晶体谱仪构成空间分辨光谱测量系统,对Al激光等离子体的K壳层发射谱进行测量。利用Al的Lyα线谱的翼部Stark展宽效应推得电子密度空间分布轮廓,建立了翼部Stark展宽法测量高密度等离子体电子密度的诊断技术。

外加静电场下激光诱导等离子体电子、离子特性的实验研究

从局部热平衡等离子体的一价铝离子速度服从麦克斯韦 玻尔兹曼分布出发 ,导出了电流信号的时间演化函数 ,通过对实验曲线拟合 ,得到激光诱导铝等离子体中一价铝离子的平动温度。实验研究了电流信号强度与外加电压之间的关系。

激光大气等离子体的电子密度空间分布特性研究

利用Nd∶YAG激光器产生的1.06μm激光束(脉冲能量为500 mJ,脉冲宽度为10 ns,重复频率30 Hz)聚焦击穿大气形成长约为8 cm、最大直径为5 cm的激光大气等离子体柱,用光谱测量的方法,分别沿平行于激光束方向和垂直于激光束方向探测该等离子体柱的空间分辨光谱,并由此反演得出电子密度空间分布特性。实验结果表明,激光大气等离子体中各种离子和电子呈橄榄形分布,沿激光束方向不对称,而垂直激光束方向对称分布,最大电子密度为1018cm-3。文章还探讨了激光大气等离子体中处在不同状态的各种原子、分子和离子在空间的分布特性,为进一步揭示激光大气等离子体的微观空间分布规律提供了实验依据。

用脉冲激光全息干涉术测量稠密等离子体电子密度分布

利用脉冲激光作为探测光源 ,采用全息双曝光法对激光惯性约束核聚变高温高稠度等离子体的诊断 ,开发了原理上全新的诊断方法 .打靶主激光与探测激光实现严格同步 Δt≤ 1 0 - 11～ 1 0 - 10 s,可获得高空间分辨率 Δδ≤ 1 μm等离子体二维图象 (阴影图象和干涉图象 ) ,并保证时间分辨率 Δt达到 1 0 - 11s左右 .

激光与固体靶相互作用中低密度预等离子体对高能电子产生的影响

对线极化、圆极化的超短超强激光脉冲与靶前有一段低密度预等离子体的固体靶的相互作用进行了理论和粒子模拟研究。激光通过有质动力加速机制加速预等离子体中的电子,研究了电子获得的最大能量随激光强度和预等离子体密度的变化。当激光脉冲与靶直接作用时,靶中的电子由于J×B机制而得到加速,所获得的能量比预等离子体中电子低。研究表明,在超短超强激光脉冲与固体靶相互作用中,预等离子体的存在有利于高能电子的产生。

激光诱导Ni等离子体电子温度、电子密度的时间演化特性研究

本文在350-600 nm波长范围内测定了激光烧蚀Ni等离子体中Ni原子的时间分辨发射光谱.由发射光谱线的强度和Stark展宽分别计算了等离子体电子温度和电子密度,并由实验结果讨论了激光等离子体中电子温度、电子密度的时间演化特性.

激光等离子体相互作用的局域振荡电子加热机制

用2.5维粒子模拟程序模拟了超强激光与等离子体的相互作用过程,发现超强激光可以通过J ×B加热机制加速电子并引起电荷分离,从而产生很强的静电场并形成电场势阱,电子在静电场势阱中振荡, 被多次加速,使得高速电子被甩出势阱,进而增强电荷分离,然后静电场结构被破坏,静电势能传给电子。在此 过程中,电子在此阱中作局域振荡,并且被J×B机制多次加速,激光的能量会有效地传给电子,使电子能量高 达10MeV。这是一种新的电子加热机制,称之为局域振荡电子加热机制。

激光诱导Ni等离子体电子温度、电子密度的空间演化特性研究

在350-600nm波长范围内测定了激光烧蚀Ni等离子体中Ni原子的空间分辨发射光谱.由发射光谱线的强度和STARK展宽分别计算了等离子体电子温度和电子密度,并由实验结果讨论了激光等离子体的空间演化特性.

激光诱导Mg等离子体电子温度的实验研究

利用波长为1 064nm,最大能量为500mJ的Nd∶YAG脉冲激光器在室温,一个标准大气压下对Mg合金冲击,改变激光能量,得到相应的Mg等离子体特征谱线。分析谱线,发现谱线有不同的演化速率,同时得到了MgⅠ,MgⅡ离子谱线,证明此实验条件下,激光能量足够Mg合金靶材充分电离。选择了相对强度较大的MgⅠ383.2nm,MgⅠ470.3nm,MgⅠ518.4nm三条激发谱线,利用这些发射谱线的相对强度计算了等离子体的电子温度,激光能量为500mJ时,等离子体温度为1.63×104 K。实验结果表明：在本实验条件下,Mg原子可以得到充分激发;在200~500mJ激光能量范围内,等离子体温度随着激光能量的降低而衰减,在350~500mJ激光能量范围内的等离子体温度随激光能量的变化速度十分明显,200~350mJ时等离子体温度变化速度迅速减缓;激光能量为300mJ时,谱线相对强度明显减弱,低于350和250mJ的谱线相对强度,不符合谱线相对强度会随着激光能量提高而上升的变化趋势,证明发生了等离子体屏蔽现象,高功率激光产生的等离子体隔断了激光与材料之间的耦合。此时的等离子体温度明显升高,不符合变化趋势,这是由于在发生等离子体屏蔽现象时,激光能量被等离子体吸收,导致等离子体温度上升。

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱-电子探针分析白山堂铜矿中的黄铁矿成分

通过激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)获得被测物相中痕量元素的丰度值是目前原位分析矿物物相的技术之一。黄铁矿作为斑岩铜矿中的重要矿物,其主量、微量元素的特征能为成矿过程提供重要信息。本文建立了应用LA-ICP-MS测定黄铁矿微区微量元素组成、电子探针(EMPA)测定主量元素的方法,并将该方法应用到白山堂斑岩铜矿区。LA-ICP-MS实验采用60μm的激光束对分析样品进行斑点式剥蚀,以氦气作载气,重复频率5 Hz,激光能量约6 J/cm^2;单点分析时间60 s,分析数据以Fe作内标,用MASS-1黄铁矿标样进行校正,多数元素分析精度好于10%。针对黄铁矿与毒砂光学性质相似,容易混淆的问题,可以利用二者物理性质的差异进行区分。测试结果显示:矿区黄铁矿的主量元素呈亏硫高铁的特征,指示其为热液成因;微量元素特征表明其形成深度为中部,属与火山作用有关的中低温热液型黄铁矿。此结论对白山堂铜矿的成因类型、成矿流体来源等提供了相应的证据,对矿区的勘查具有理论指导意义。