激光诱导Al等离子体电子温度的时间空间演化特性研究

实验测定了激光烧蚀Al等离子体中Al原子在380～500nm波长范围内的时间和空间分辨发射光谱.由Al原子390.068nm、394.4nm、396.152nm、466.3056nm、451.25nm、352.95nm发射光谱线的强度计算了等离子体电子温度,并由实验结果讨论了激光等离子体中电子温度的时间和空间演化特性.实验结果表明,当延时在100～1500ns范围内变化时,相应的电子温度T_e范围为6200K～32700K;当距离靶表面0～1.8mm范围内变化时,相应的电子温度T_e范围为9800K～32700K,电子温度在沿激光束方向上的分布具有很好的对称性.

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

激光诱导Al等离子体吸收谱分析

用Nd :YAG脉冲激光烧蚀金属Al靶获得等离子体 ,激光脉冲能量为 115mJ·pulse-1,用氮气作保护气体 ,压强为 1个大气压 ,获得激光诱导Al等离子体的时间分辨谱。分析了Al等离子体辐射特征。根据连续辐射时间分布 ,对吸收谱的形成作了简单的解释 ,认为Al原子对连续辐射的共振吸收是形成吸收谱中的“凹谷”的主要机制。

环境气体对激光诱导Al等离子体光谱的影响

调QNd :YAG脉冲激光 (波长 1.0 6 μm ,脉冲宽度 10ns,能量 42mj/pulse)烧蚀平面Al靶 ,在垂直靶面方向 ,利用光学多道分析系统 (OMA) ,测量了激光诱导产生的等离子体发射光谱分别在环境气体为Air,N2和Ar,气压范围分别在 10 -2 Torr ,15 2Torr,30 4Torr,5 32Torr和 76 0Torr下的空间分布。实验表明 ,随着环境气体压强的增大 ,光谱的空间分布被压缩 ,且谱线强度的峰值向靶面方向移动 ;在相同的气压下 ,Ar环境下产生的光谱强度明显大于在Air和N2 环境下产生的光谱强度 ;在气压为 15 2Torr的不同环境气体下 ,均发现光谱在离靶面很近的地方 (约 0 .5mm～ 1.0mm)减小 ,甚至消失 ;在Ar环境气体下 ,谱线 396 .1nmAlⅠ的空间分布随着与靶面距离的增大 ,谱线位置向短波方向有约 0 .0 3nm (对应OMA探头的一个二极管阵列 )的移动 ,而谱线 394.4nmAlⅠ的移动不太明显。

气压对激光诱导Al等离子体特征的影响

使用Nd :YAG激光器烧蚀金属Al靶获得等离子体 ,利用光谱时 -空分辨技术 ,在 10 0～ 1× 10 5Pa气压范围内 ,关于环境气体压强对激光诱导的等离子体辐射特征的影响进行了研究。使用的气体是Ar气 ,单脉冲激光能量 145mJ。结果发现 ,气压升高 ,特征谱线强度增加 ,连续谱强度也增加 ;但气压过高 ,在接近大气压时 ,特征谱和连续谱都下降 ;最大特征辐射强度在 10kPa、靶前 0 .1mm处、延时 180ns获得 ;同一条件下获得最强背景连续谱 ,而信号 -背景比是在10 0 0Pa、靶前 1.0mm处、延时 2 50 0ns达到最大值。基于Al等离子体不同气压下的时间 -空间分辨谱 ,对结果进行了简单的讨论。并分别确定了获得最大特征辐射和信号 -背景比的条件 ;以及最佳信号采集区。

激光诱导Al等离子体连续辐射研究

:分析了 Al等离子体连续辐射特征。根据连续辐射强度的时间分布 ,简要讨论了激光诱导等离子体连续辐射的产生机理。我们认为激光诱导等离子体的连续辐射的主要机制是轫致辐射和复合辐射。在激光脉冲作用到靶上的瞬间 ,轫致辐射占主导地位 ;在等离子体演化初期 ,复合辐射和轫致辐射共同产生等离子体连续辐射 ;在等离子体演化后期 。

激光脉冲能量对激光诱导Al等离子体辐射特征的影响

使用Nd :YAG激光器烧蚀金属Al靶获得等离子体 ,利用光谱时 空分辨技术 ,在 52mJ～145mL/pulse激光脉冲能量范围内 ,关于激光脉冲能量对激光诱导等离子体辐射特征的影响进行了研究。使用的气体是Ar气 ,压强为 10kPa。结果发现 ,激光脉冲能量升高 ,引起特征谱线强度增加 ,连续谱强度也增加 ;但能量过高 ,会击穿周围气体 ,产生气体微等离子体。此时 ,特征谱和连续谱几乎不再增强 ;最大特征辐射强度在 145mJ、10kPa、靶前 0 .1mm处、延时 180ns获得 ;同一条件下获得最强背景连续谱 ,而信号 背景差是在 145mJ、10kPa、靶前 1.0mm处、延时 4 50ns达到最大值。基于Al等离子体不同激光脉冲能量下的时间 空间分辨谱 ,对结果进行了简单的讨论。并分别确定了获得最大特征辐射和信号 背景差的条件。

激光诱导Al等离子体中Al原子能量吸收

分析了 Al等离子体连续辐射特征。根据连续辐射强度的时间分布 ,简要讨论了激光诱导等离子体连续辐射的产生机理。根据连续辐射强度的波长分布 ,提出了原子对激光诱导等离子体连续辐射共振吸收理论。我们认为 :Al原子吸收能量的主要机制是原子实吸收连续辐射光子 ,原子实吸收光子的方式是与价电子构成极性振子对连续辐射共振吸收。

激光诱导Al等离子体在背景气体中的流体现象

调Q YAG脉冲激光 (波长 1.0 6 μm ,脉宽 10ns ,能量为 2 5 0mJ/ pu1se)烧蚀Al靶 ,用短焦距照相系统和光学多道分析仪 (OMA)记录了等离子体在氩气背景气体及不同压强下所呈现的流体现象及其等离子体辐射的空间分辨光谱。实验发现 ,当背景气压为 40 0Pa以下时 ,在靶面上存在一个明亮的发光球体 ,球体直径远大于激光烧蚀斑的大小 ,此球体向四周辐射等离子体光谱 ,只是在垂直靶面的方向辐射相对较强。在气压约为 40 0Pa,等离子体辐射才以较为明显的羽状体形态向前喷散 ,且随气压增高 ,喷散的立体角变小。随着背景气压的继续升高 ,等离子体羽被压缩 ,成为一个明亮的发光小羽状体 ,当气压达 2 0～ 30kPa ,发光羽状体开始出现分解的迹象 ,在羽状体前端形成一个光球。气压继续升高 ,等离子体羽完全变成一串发光球。离开靶面越远 ,发光球的半径越大。用光学多道分析系统分析这些发光球的光谱特征 ,发现在靶面附近主要是Al等离子体的谱线 ,而较远的发光球 ,其主要谱线则来自背景气体。在气压为 2 0kPa左右 ,等离子休羽呈现烧蚀点为明亮的白色亮点 ,而羽端为鲜艳绿色 (氩的 5 14nm)的彩色羽。

激光诱导Al等离子体温度的测定及时间变化特性研究

利用YAG激光烧蚀Al靶产生 3条AlⅢ等离子体谱线 (4 52 92 ,4 51 2 5,4 15 0 1nm) .在局部热力学平衡近似下 ,测试得到 :在激光能量为 37mJ/pulse时 ,等离子体电子温度在 150 0 0K附近抖动 ,且随延迟时间无明显变化 ;在激光能量为 6 2mJ/pulse下 ,电子温度上升至 1750 0K附近 ,但随延迟时间有较为明显的波动现象 .利用玻尔兹曼图 ,测得AlⅢ谱线 4 4 7 99nm (4f2 F7/2 — 5g2 G9/2 )跃迁的几率约为 (10 4± 0 8)× 10 8s-1.

激光诱导Al等离子体辐射空间分布

用Nd :YAG脉冲激光烧蚀Al靶获得等离子体 ,脉冲能量固定在 1 45mJ·pulse- 1 。用Ar气作保护气 ,压强固定在 1个大气压 ,利用时空分辨技术 ,采集了靶前 0 5 ,1 5 ,2 5和 3 5mm处等离子体辐射的时空分辨谱。简要描述了各处等离子体的辐射特征 ,详细分析了各处连续辐射和Al原子辐射规律。根据这些位置处连续辐射和Al特征谱线的分布特征 ,简要论述了连续辐射和Al原子辐射的演化机制。认为Al原子对等离子体连续辐射吸收是形成Al原子辐射的主要机制 ,Al原子对连续辐射的共振吸收形成了叠加在连续谱上的宽带吸收谱。

激光诱导Al等离子体中连续辐射波长分布

用Ar作环境气体 ,压强固定在 10 0kPa ,激光脉冲能量 145mJ/ pulse ,利用时空分辨技术 ,采集激光烧蚀Al靶产生的等离子体辐射的时间分辨谱。分析了Al等离子体连续辐射特征。根据连续辐射强度的时间分布 ,简要讨论了激光诱导等离子体连续辐射的产生机理。根据连续辐射强度的波长分布 ,提出了原子对激光诱导等离子体连续辐射共振吸收机理。认为 :Al原子吸收能量的主要机制是原子实吸收连续辐射光子 ,原子实吸收光子的方式是与价电子构成极性振子对连续辐射共振吸收。

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。

脉冲激光诱导Al等离子体的光谱特性分析

利用Nd:YAG脉冲调Q激光器在空气环境下诱导击穿Al金属样品,获得不同激光能量下Al等离子体的发射光谱。对激光入射波长进行选择,分析谱线强度和脉冲宽度与能量大小之间的变化关系。结果表明:532nm激光比1064nm激光对Al金属激发效果更好,激发出的300nm和396nm两条Al等离子体光谱信号强度均与入射激光能量成线性关系。

激光诱导Al等离子体发射光谱分析

激光诱导等离子体技术长期以来都是研究激光与物质相互作用的重要课题。研究并设计了激光诱导等离子体实验系统,应用Nd:YAG激光器诱导Al样品产生等离子体,获得了不同能量下的Al等离子体发射光谱,分析了Al样品中所含元素种类以及谱线强度与激光能量之间的变化关系。实验结果表明,Al样品中含有Fe、Mg元素,随着激光能量的增大,谱线强度明显增大。

TC4钛合金样品硬度对激光诱导等离子体温度的影响研究

钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等优良特性,目前已被广泛应用于压气机盘和叶片制造等航空制造领域。然而,钛合金材料的硬度较低,在服役过程中极易出现摩擦损耗等问题,从而降低部件的使用寿命。因此,原位、实时的硬度监测对钛合金部件在使用过程中的性能评估具有重要意义。本工作利用激光诱导击穿光谱(LIBS)对TC4钛合金样品热处理后的不同硬度进行了表征。实验结果发现,随着样品硬度增大,材料的激光诱导等离子体温度呈上升趋势,表明激光诱导等离子体温度可以作为金属硬度的重要表征参数。研究还进一步探究了材料硬度变化对等离子体温度影响的内在机理。

不同气压下银纳米粒子增强激光诱导等离子体信号

基于激光诱导击穿光谱技术实现带电检测真空开关真空度亦成为趋势,该技术可以达到10^(-3)Pa的检测能力。然而,现有激光诱导击穿光谱技术(LIBS)存在检测限较高、灵敏度较低等问题,因此提出一种基于金属纳米粒子的增强技术来提高真空开关真空度带电检测精度。通过在样品表面涂覆银纳米粒子层,降低激光击穿阈值,提升信号谱线强度。研究了不同气压下激光诱导等离子体信号随延迟时间以及试剂浓度的变化规律,研究结果表明,银纳米粒子在常气压下对信号增强可达1~2个数量级,且浓度越高,增强效果越好。在低气压下,银纳米粒子的信号增强达到1~2倍,随着气压降低,增强倍数先增大后减小,且等离子体被激发时间早于大气压下。银纳米粒子对背景噪声辐射强度没有显著影响,因此使用银纳米粒子可以有效提高等离子体信号的信噪比,对真空开关真空度带电检测起到一定优化作用。

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

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。

基于激光诱导等离子体的真空开关真空度检测稳定性研究

基于激光诱导等离子体成像的真空开关真空度检测方法是一种非接触式真空度检测方法,有望实现安全可靠的真空开关真空度带电检测。但是,激光诱导等离子体的演化是一个十分复杂的物理过程,激光能量、等离子体测量延迟时间等因素直接影响了等离子体成像,对等离子体成像稳定性的影响需要进行更加深入的研究。为此采用相对标准偏差研究了等离子体成像平均次数、激光能量和等离子体测量延迟时间等对等离子体图像和等离子体辐射强度积分稳定性的影响。结果显示,多次成像平均得到的等离子体图像和辐射强度积分不随平均次数发生明显变化,可用于表征真空度。更重要的是,等离子体辐射强度积分的相对标准偏差随平均次数和激光能量的增加而单调下降,随延迟时间的增加而增大,这意味着对等离子体进行多次成像平均,增加激光能量,减小等离子体成像的延迟时间可以提高等离子体辐射强度积分的稳定性,有利于提高真空度检测精度。该研究为基于激光诱导等离子体成像的真空开关真空度检测方法的参数优化提供了指导,为该方法的实际工程应用奠定了实验基础。

激光诱导等离子体加工蓝宝石微结构及其润湿性

激光诱导等离子体刻蚀技术在蓝宝石表面微结构制作方面具有独特的优势。通过控制变量法研究了激光能量密度、靶材和蓝宝石之间的距离和扫描速度对激光诱导等离子体加工蓝宝石微槽的微观形貌和几何尺寸的影响规律。通过正交试验研究了激光诱导等离子体工艺参数对蓝宝石表面微结构接触角的影响,发现扫描线间距对接触角的影响最大,靶材和蓝宝石之间的距离和激光能量密度次之,扫描速度的影响最小。当激光能量密度为6.3 J/cm^(2),扫描线间距为200μm,靶材和蓝宝石之间的距离为150μm,扫描速度为10 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为136°,表现出良好的疏水性;当激光能量密度为7.4 J/cm^(2),扫描线间距为50μm,靶材和蓝宝石之间的距离为100μm,扫描速度为5 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为29°,具有较好的亲水性,并且长时间放置后表面接触角基本保持不变。通过扫描电镜观察发现,蓝宝石表面的微结构上分布着许多纳米颗粒,这些微纳结构共同影响蓝宝石的润湿性。