Investigation on the hydrodynamics of slab x-ray laser plasma by nonuiform line focused laser irradiation

Based on the two-dimensional model, this paper compares the hydrodynamics of slab x-ray laser plasma produced by different nonuniform line focused irradiations. It finds that the average intensity and the duration of laser pulse and the overall shape of the intensity distribution in the focal line have different influences on the plasma. Calculations show that the evolution of temperature variation is more sensitive to the pulse duration and the electron density variation is more sensitive to the pulse intensity. Pulses with duration of 200 ps to 500 ps and with intensity of 0.2 TW/cm2 to 1.0 TW/cm2 are proved acceptable in slab x-ray lasers.

激光脉冲重复频率对等离子体辐射特性的影响

为了提高激光诱导击穿光谱质量,采用Nd∶YAG激光器输出的纳秒脉冲激光激发产生土壤等离子体,采用光栅光谱仪和光电检测系统记录了元素谱线AlⅠ394.401nm,BaⅠ455.403nm,FeⅠ430.791nm和TiⅠ498.173nm的辐射强度和信背比,研究了激光脉冲重复频率(5,10和15Hz)对等离子体辐射特性的影响。实验结果表明,在相同的激光输出能量条件下,当采用15Hz的激光脉冲重复频率时,元素Al,Ba,Fe和Ti的谱线强度要比5Hz时的分别提高50.94%,112.7%,107.46%和99.38%,光谱信背比分别提高15.16%,24.08%,40.26%和72.06%。通过测量等离子体参数,解释了激光脉冲重复频率对等离子体辐射特性的影响机理。

环境气氛对高能量激光诱导等离子体辐射特性的影响

采用高能量钕玻璃激光器 (～ 2 5J)激发诱导金属等离子体 ,研究了环境气体及其压力对等离子体辐射特性的影响。实验结果表明 ,相同压强下 ,氩气中等离子体的谱线强度明显高于空气中等离子体的谱线强度 ;0 .8× 10. 5Pa氩气条件下 ,光谱标钢等离子体的谱线强度达到了最大值 ;随着环境气压的增大 ,谱线自吸明显增强 ,当环境气压达到 (0 . 8～ 0 . 93)× 10 5Pa时 ,标样铝的AlⅠ 30 8 2 2nm和AlⅠ 30 9 2 7nm两条谱线产生了严重自蚀 ;另外 ,等离子体的激发温度也随环境气压的增大而增大 ,0 . 93× 10 .5Pa氩气条件下标钢等离子体的激发温度相对于 0 .4 3× 10. 5Pa时升高了近 15 0 0K。

基于等离子体光谱特征的空气中激光铁块清洗的研究

利用高能Nd:YAG脉冲激光器产生的1.06μm激光,在空气环境下作用于带有严重锈层的铁块诱导产生等离子体,利用改进型ME5000中阶梯光栅光谱仪获得激光冲击铁块等离子体特征发射谱线.实验结果表明,由于样品中包含部分杂质,需激光连续作用且能量到达一定要求,才能与铁作用激发原子谱线;激光分解杂质后,等离子体谱相对强度明显增强,比较首次激光作用和清洗过程中的光谱图,当563.40nm波长处特征谱线强度增大443.11%时,锈蚀铁块已清洗干净,洗净率达99.84%;同时清洗过程中的谱线起伏度也明显降低.因此,分析首次激光作用和清洗中的光谱图,观察标线铁原子谱线分布及相对强度的变化,可以判断样品是否清洗干净.

高能量激光诱导铝等离子体的发射光谱研究

用钕玻璃激光器 (～ 2 5J)烧蚀铝靶获得等离子体 ,以氩气作为保护气体 ,分析了环境气压、等离子体的观测高度、工作电压、激光功率密度对谱线强度的影响 ,并进行了简短的讨论。实验结果表明 ,环境气压为 88kPa时谱线强度最大 ;相同气压下随着观测高度的增大 ,谱线强度明显减弱 ,在气压为 88kPa观测位置距样品表面 1 5～ 2mm时谱线强度较强 ;并且随着激光工作电压、功率密度的增大 ,谱线强度逐渐提高。

煤粉颗粒流在不同焦点位置条件下的激发特性

将激光诱导击穿光谱技术应用到煤粉颗粒流测量中,分析激光与样品流相互作用,并考察不同的聚焦焦深对等离子体激发特性的影响。在自行搭建的两相流的实验台架上,在大气环境条件下,利用激光器分别对1.0,0.5,0,-0.5,-1.0mm焦深作用条件下的煤粉颗粒流进行击穿,同时利用光谱仪对等离子体信号进行采集。在相同的激光能量以及收光角度等条件下,改变聚焦激光的焦深,分析对比不同焦深下的等离子体温度、电子密度以及对煤元素分析中关注的C,Si和Al三个代表元素的光谱强度的变化规律。结果表明,不同的激光聚焦焦深对等离子体温度、电子密度和元素光谱强度的影响规律较为明显,三个参数整体变化规律是一致的,最优点为0mm,其次为1.0,0.5,-0.5mm,最劣点为-1.0mm。

多脉冲高能量强激光诱导产生Al等离子体发射光谱分析

用Nd:YAG脉冲激光器产生的1.064μm激光,在空气环境下作用于金属Al诱导产生等离子体,获得了不同能量以及多次脉冲烧蚀下的Al等离子体发射光谱,分析了谱线强度与能量变化之间的关系,实验结果表明:随激光能量的增加,谱线的信号强度明显增强;对等离子体光谱进行Lorentz线型拟合,获取了谱线的半高宽,以此来计算电子密度,得到了电子密度及信号强度随多脉冲强激光诱导次数的增加而逐渐下降的演化规律。

气压对激光诱导等离子体辐射特征的影响

我们使用Ｎｄ：ＹＡＧ激光器烧蚀金属Ａｌ靶获得等离子体，在１００Ｐａ～１００ｋＰａ气压范围内，进行了环境气体压强对激光诱导等离子体辐射特征影响的研究．使用的气体是Ａｒ气，激光能量１４５ｍＪ．结果发现，最大特征辐射强度在１０ｋＰａ、靶前０．１ｍｍ处、延时１８０ｎｓ获得；而信号－背景是在靶前１．０ｍｍ处、延时４５０ｎｓ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．

激光烧蚀金属靶时气体电离分析

我们使用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 ,关于环境气体分解及其对等离子体辐射特征的影响进行了研究。使用的气体是Ar、Air、N2 。结果发现 ,在等离子体形成初期 ,等离子体时 -空分辨谱中有大量的环境气体离子谱线。基于Al等离子体不同激光能量下的时间-空间分辨谱 ,对激光烧蚀金属靶时气体电离现象进行了分析 ,对气体分解造成的影响进行了简单的讨论。

发射光谱法对早期激光诱导铝合金等离子体诊断研究

对激光诱导等离子体参数进行诊断有多种方法,其中采用发射光谱法对其诊断是一种重要的方法。文中采用Nd∶YAG固态激光器,输出波长1 064nm红外激光与铝合金样品相互作用,深入研究了铝合金等离子体产生早期(<1μs)谱线轮廓、谱线强度、线背比、谱线半峰宽及位移等随时间演变规律。研究表明,激光与物质相互作用早期,电子数密度非常大,电子与离子及原子之间的相互作用非常强烈,谱线的Stark展宽效应非常明显,导致多重谱线重叠在一起,随时间演变,电子数密度及电子温度的降低,多重谱线的半峰宽越来越窄且谱线轮廓对称性越来越好。MgⅠ285.212 6nm谱线强度早期逐渐增强,大约100ns左右谱线强度达到最大值,然后谱线强度呈逐渐减小的趋势,这是由于等离子体产生早期,电子及离子占主导地位,故早期原子谱线强度较弱,随时间演变,电子与离子之间的复合,原子数密度逐渐增加,故原子谱线逐渐增强,达到最大值之后,由于等离子体激发温度的降低,故谱线强度逐渐减弱。以NIST波长位置为参考,等离子体产生的早期谱线发生了红移,连续背景强度随时间演变呈幂函数形式急剧递减,与之相反,谱线的连续背景强度与谱线强度相比,连续背景衰减的速度更为迅速,故导致谱线信背比随时间演变呈增大趋势,本研究对等离子体早期这些现象从理论角度进行了深入探讨。

平面反射镜装置对激光诱导等离子体辐射特性的影响

为获得高质量的发射光谱,提出了一种平面反射镜装置,研究了在平面反射镜装置条件下的激光诱导等离子体辐射特性。实验结果表明,相同的激光输出能量条件下,在等离子体周围放置由三块平面反射镜组成的装置以后,土壤样品中元素Mg,Fe,Ba,Ti和Al的光谱线强度比常态下的分别增大了116.2%,96.43%,90.93%,102.1%和98.57%,信噪比分别提高39.17%,32.48%,38.07%,39.95%和21.30%。通过测量激光等离子体参数,解释了平面反射镜装置对等离子体辐射增强的机理。这种简便易行的方法是改善激光诱导击穿光谱技术检测能力的有效途径。

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。

减小飞灰等离子体谱线干扰的参数优化研究

针对激光诱导击穿光谱技术测量飞灰含碳量时存在的C和Fe谱线干扰问题展开分析,并进行了基于参数优化的减小谱线干扰的实验研究.根据C和Fe元素谱线的激发特性和时间演化特性,对比分析了不同脉冲能量和等离子体信号探测延时下的谱线干扰情况,以获得减小谱线干扰的参数优化条件.在此基础上,进一步对比分析了分别采用峰值强度和积分强度建立飞灰含碳量的多元回归模型.研究结果显示,通过合理优化脉冲能量和延时,可有效减小248 nm附近C和Fe元素谱线的干扰.在优化后的测量条件下,不仅Fe 247.98 nm谱线强度得以弱化,而且可获取具有较高信噪比的C 247.86 nm谱线.由峰值强度建立的飞灰含碳量多元回归模型的拟合度r2达到了0.999,截距为0.005,具有良好的可靠性.

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。

激光等离子体X射线特征谱轮廓诊断

开展了利用X射线特征谱轮廓诊断激光等离子体状态参数的研究。在"神光II"激光装置上,将0.35μm频谱激光束聚焦于真空室内固体氯(Cl)元素靶上产生激光氯等离子体,利用高分辨X射线椭圆弯晶谱仪获取高能谱分辨激光氯等离子体辐射的X射线精细结构能谱。用类氢(1s-3p)和类氦(1s2-1s3p)氯离子能级跃迁光谱线的光强度比率计算了激光等离子体的电子温度;然后在假定光性为薄的情况下,利用X射线谱线Lyman-线形轮廓的Stark效应所产生的谱线展宽测量了等离子体的电子密度。实验获得的激光等离子体日冕区内体平均电子温度约为450eV,电子密度约为7.5×1022 cm-3。文中还简单分析了能谱线的半高全宽度(FWHM)值以及诊断过程引入的诊断误差,初步预估诊断误差可控制在25%以内。该项工作为X射线特征谱轮廓法进一步应用于激光聚变靶丸压缩度精度测量等工作提供了参考。

样品形态对激光诱导土壤等离子体特性的影响分析

将激光诱导击穿光谱技术应用到土壤检测中,分析了土壤样品形态对激光诱导等离子体特性的影响.采用波长1 064nm的Nd-YAG脉冲激光器作为激发光源,在实验室大气环境下对粉状和片状2种形态土壤样本诱导产生激光等离子体,测量并分析了样品形态和粒径大小对元素特征谱线强度、等离子体温度和电子密度的影响.实验研究表明,相同实验条件下,粉状土样的激光等离子体温度和电子密度均高于片状土样,但片状土样的元素特征谱线强度更大,且受土壤粒径大小的影响较小,适用于土壤重金属元素的LIBS分析检测.

外加静电场下激光诱导等离子体特性的实验研究

在外加静电场下，准分子激光诱导等离子体中Ｍｇ原子５５２．８４、５１６．７３、４７０．３０ｎｍ三条发射谱线展宽的时间分辨特性的实验研究，实验测定结果表明，外加静电场导致了原子发射谱线展宽超过Ｓｔａｒｋ展宽，这种额外展宽的大小在０．１ｎｍ左右，其中４７０．３ｎｍ谱线的加宽和线移最大，采用量子理论计算表明这种额外展宽是由于在外电场中作用下作定向运动的电子与激发态原子碰撞所致。

平面晶体谱仪弯曲谱线波长定标方法

为了满足激光等离子体X射线光谱测量的需要,提出了一种利用平面晶体谱仪记录得到的弯曲谱线来进行波长标定的新方法。传统的参考谱线法需要已知两条以上谱线的确切波长才能进行波长标定,而利用弯曲谱线可以在不知道任何谱线信息的情况下进行波长标定。通过对实验中所获得的铝等离子体Heα自发射谱线弯曲图像的分析,得到在目前所使用的谱仪条件下,该方法的波长定标精度可以达到2×10-4 nm。

激光击穿氧气的等离子体光谱时间演化特性研究(英文)

在300～900 nm范围内,对激光击穿氧气的等离子体光谱进行了探测,研究了其时间演化特性.发现在等离子体形成的初期,辐射的主要成分是在很强的连续谱背景下混合着O2,O2^＋和O^＋激发的线状谱.在等离子体形成后的5μs,只剩下氧原子谱,其最长寿命可达30μs.实验结果表明：光谱中的不同成份按照不同的时间特性衰减.

外加电场对激光诱导Al等离子体发射光谱的影响

在低压环境下,由Nd:YAG脉冲激光器产生的1.06μm激光烧蚀金属A1靶产生等离子体,观测了外加电场下其空间分辨发射光谱,并由此分析了谱线相对强度、谱线展宽随外加电压的演化特性.结果发现:原子谱线强度及其半高全宽随外加电压的增加均有明显增大,而离子谱线受外加电压的影响较小.从微观机制上分析推断:外加电场使非稳态等离子体中的电子作定向运动,加剧电子与原子之间的碰撞是上述结果的主要原因.此外,由发射光谱线的Stark展宽计算了等离子体电子密度,并由实验结果讨论电子密度随外加电压的演化特性和空间演化特性.