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1、光电子·激光第10卷第5期1999年10月JOURNALOFOPTOELECTRONICS·LASERVol.10No.5Oct.1999·激光等离子体·X激光等离子体产生条件的实验研究1董全力王军于衍宏张少龙满宝元王象泰(山东师范大学物理系,济南250014)1(山东轻工业学院,济南250100)摘要用时间和空间分辨光谱诊断法研究了激光轰击Ti靶产生的等离子体发射光谱,测得了等离子体形成的时间,与理论符合很好;通过对不同背景气体压强环境中等离子体羽的飞行速度和电子温度的计算,讨论了背景气体在激光诱导等
2、离子体形成中的作用。关键词激光诱导;等离子体;局域;热力学平衡AnalysisoftheConditionforLaserInducedPlasma1DongQuanliWangJunYuYanhongZhangShaolongManBaoyuanWangXiangtai(DepartmentofPhysics,ShandongNormalUniversity210014)1(ShandongLightIndustryCollege)AbstractAnemissionspectrumfromthepl
3、umeproducedbyapulselaserfocusedonaTitargetwasstudiedusingatimeandspaceresolveddiagnostictechnology.ThetimeonwhichsignalsoftheplumeweredetectedwasingoodagreementwiththeorybasedonLTEassumption.Byanalysingthevariationoftheplume'velocityandelectrontemperatur
4、eversusdelaytime,theimportantroleoftheambientgasisalsodiscussedinthispaper.Keywordslaser2induced;plasma;localthermodynamicequilibrium[2]气体等许多手段。本文以Nd:YAG激光器产生的1引言波长为1.06Lm,宽度为10ns的激光脉冲轰击Ti当足够功率密度的激光辐照在固体样品靶上时,靶,用时间和空间分辨光谱诊断手段分析了Ti靶表样品会很快被气化,进而形成等离子体。激光诱导
5、等面产生的等离子体发射光谱,估计了等离子体产生时离子体的问题涉及薄膜激光溅射技术,激光痕量分析间;通过对不同环境气压下的等离子体羽飞行速度和技术以及同位素激光富集技术等,因而,有关其特性电子温度的计算,讨论了背景气体在激光诱导产生等的研究引起了许多科研工作者的极大兴趣。在脉冲激离子体过程中的作用。光烧蚀淀积技术中,最重要的就是要保证生成的薄膜2实验装置与靶材料具有相同的化学成分,但是在许多合金或晶[3]体与激光作用的过程中,存在着靶成分的优先气化问实验原理及装置与我们以前报导的文章相同。[1]题;激光诱
6、导等离子体在痕量分析中的应用也有限在这次实验中,我们将样品放置在杜瓦瓶中,瓶内背制,如强的连续谱导致的信号质量较低,较大的线宽,景气体压强通过真空泵和调节针阀予以保持。等离子及谱线的自我吸收等。为了突破这些限制,人们采用体发光通过杜瓦瓶的石英玻璃窗口后,由柱面透镜收了诸如变化激光参数,采用合适的压强及不同的背景集进入光学多道分析仪OMA2III。X国家自然科学基金(19675024)和山东省自然科学基金(Q98A03111)资助项目收稿日期:1999204205修订日期:1999206210·470·光
7、电子·激光1999年第10卷和原子谱线448.1nm随时间的演化。由图看出,Ti3实验结果和分析(I)谱线的衰减速度远低于Ti(II);另外,图2还显示3.1等离子体发射谱及其成分演化Ti元素的信号延续时间远大于激光作用时间和粒子9图1是在大气环境下用功率密度为1.29×10的能级寿命(不超过150ns)之和。这就意味着,Ti元2Wöcm的激光脉冲辐照Ti靶得到的在时间间隔50素的激发态离子和原子并不全是在激光脉冲期间产～400ns的范围内,波长区间为435～460nm的等生,辐射粒子的相当一部分的形成
8、是因为在激光脉冲离子体瞬态演化发射光谱。从图可以看出,在激光辐辐照Ti靶之后的较长一段时间内,辐射粒子继续通照Ti靶后的短时间内(50ns),Ti的离子信号就叠加过相互之间剧烈的碰撞受激甚至串级离化。在很强的连续谱上出现;而Ti原子的信号被探测到3.2等离子体的点燃时连续谱已经不太强烈。由于连续谱源于自由电子与在等离子体形成的早期,其发展与离化原子的产原子和离子的剧烈碰撞及自由电子和离子的复合,因生和运动相联系,特别是高阶离化原子,它们的谱
