激光等離子體中原子的激發(fā)和輻射過程研究.pdf

1、Maker等人于1963年最早提出激光誘導(dǎo)擊穿光譜的概念。近年來，激光等離子體物理學(xué)已經(jīng)成為一門新興的科學(xué)并取得了迅猛的發(fā)展。激光發(fā)射譜作為激光與物質(zhì)相互作用的重要研究工具，對工業(yè)方面的應(yīng)用，薄膜制備，重金屬和土壤成分的測定等方面的應(yīng)用都起著非常重要的作用。激光等離子體作為重要的光譜分析手段，由于它具有獨特的多功能性，非接觸式的快速插入檢測功能以及能夠適應(yīng)各種實際變化問題的特殊要求等方面的特點。
　　(1)激光誘導(dǎo)擊穿光譜一個重要

2、的作用就是它能夠反映激光等離子體的特點。通過輻射的光譜我們可以獲得等離子體的重要參數(shù)，例如，電子溫度，電子密度等。因為等離子體的特征譜線和連續(xù)譜線依賴于這些重要的參數(shù)，通過改變條件提高等離子體應(yīng)用的重要性表現(xiàn)的就比較明顯。本文工作就是通過改變實驗條件，具體來說是通過改變透鏡距靶之間的距離來研究激光等離子體發(fā)射譜的激發(fā)和輻射特點。國內(nèi)外通過改變這一條件來研究等離子體特點的工作還很少。在這篇文章中，我們選擇鉛(Pb)作為靶材，本文首先對Pb

3、激光等離子體進(jìn)行了光譜診斷，當(dāng)?shù)入x子體為光學(xué)薄等離子體時，我們對等離子體的電子密度、電子溫度和譜線強度進(jìn)行了診斷。通過實驗得到，發(fā)射譜譜線的最大強度值出現(xiàn)在透鏡距靶之間的距離為6.1cm處，然而最大的電子密度值出現(xiàn)在5.8cm這個位置處。當(dāng)?shù)入x子體為光學(xué)厚時，我們對等離子體的自吸收情況進(jìn)行了分析。同時我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)透鏡距靶之間的距離大于透鏡的焦距時，所有的位置均出現(xiàn)了自吸收現(xiàn)象，這種現(xiàn)象我們認(rèn)為是由于空氣等離子體對Pb等離子體產(chǎn)生影響的結(jié)果

4、。在研究過程中，取得了一些創(chuàng)新性的成果。本論文研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下:研究了Pb I激光等離子體輻射機制及光譜強度隨時間的演化特性，發(fā)現(xiàn)連續(xù)譜強度和特征譜線的強度都是隨延遲時間呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，我們認(rèn)為這是由于連續(xù)光譜的發(fā)射機制是軔致輻射和復(fù)合輻射綜合的結(jié)果。激光等離子體的消失過程并不僅僅是一個能量耗散的過程，而且還存在著能量的交換，即對另一些原子的再激發(fā)，特征譜的發(fā)射機制主要是碰撞激發(fā)，特別是高能電子的碰撞激發(fā)。
　　(

5、1)由理論分析和對激光等離子體譜線的Gauss及Lorentz擬合可知，激光等離子體的展寬機制主要是Stark展寬。我們用鉛原子譜線PbⅠ373.995 nm的半高全寬。計算了等離子體的電子密度，得到電子密度隨時間的延遲逐漸減小，最大電子密度值出現(xiàn)在5.8cm這個位置處。
　　(2)等離子體為光學(xué)厚時出現(xiàn)自吸收現(xiàn)象，通過實驗研究發(fā)現(xiàn)透鏡到靶之間的距離發(fā)生改變時對自吸收現(xiàn)象有影響，靶材離焦點較遠(yuǎn)時自吸收現(xiàn)象明顯，并且當(dāng)靶材位于焦點之