飛秒激光誘導(dǎo)Zn等離子體發(fā)射光譜時(shí)空演化特性的研究.pdf

1、利用激光器產(chǎn)生的高功率激光燒蝕材料產(chǎn)生等離子體，對等離子體輻射出的光譜進(jìn)行分析而獲得材料信息，這就是激光誘導(dǎo)等離子體技術(shù)的應(yīng)用原理。它有其獨(dú)特的優(yōu)勢，如可以不直接接觸待測樣品，不需對樣品進(jìn)行預(yù)處理，可以直接對多種元素同時(shí)進(jìn)行分析，且有極低的檢出限，對樣品的損傷極小。因此這種技術(shù)被推廣應(yīng)用到生物、化學(xué)、物理等各個分析領(lǐng)域。而它的動力學(xué)特性很是復(fù)雜，為了更好的應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)就要對它進(jìn)行更深入的研究。激光誘導(dǎo)等離子體是由于激光燒蝕靶材而產(chǎn)生的，

2、因此激光的特點(diǎn)（波長、頻率、能量密度），靶材的物理特性（靶材種類、溫度）和靶材所處環(huán)境的性質(zhì)（環(huán)境氣體成分、壓強(qiáng)、溫度）等都會對等離子體的產(chǎn)生過程產(chǎn)生影響。同時(shí)，電子溫度、電子密度、譜線的展寬和頻移等都是等離子體的特征參數(shù)。我們可以用這些特征參數(shù)來描述等離子體的一些動力學(xué)特征。為了研究這些動力學(xué)特征，在實(shí)驗(yàn)上我們采用激光誘導(dǎo)等離子體發(fā)射光譜法。
　　本文用輸出波長為800nm，重復(fù)頻率為1000 Hz，脈寬為100fs的單脈沖飛秒

3、激光，誘導(dǎo)產(chǎn)生Zn等離子體。
　　1、觀察等離子體的時(shí)間演化特性，可以發(fā)現(xiàn)先輻射出的等離子體譜是連續(xù)譜，大約100ns后消失。然后是特征譜，持續(xù)時(shí)間較長，30ns時(shí)伴隨著連續(xù)譜產(chǎn)生，150ns時(shí)強(qiáng)度最大，然后漸弱直至1500ns時(shí)消失；由于對應(yīng)的上能級躍遷幾率不同，Zn的481.0nm特征譜強(qiáng)度最大，472.2nm次之，468.0nm最??；電子密度在1016cm-3數(shù)量級上，電子溫度在4990K-6769K范圍內(nèi)；特征譜線481.

4、0nm在300ns延時(shí)時(shí)間內(nèi)存在紅移，最大達(dá)0.23nm；通過做出的頻移與電子密度、電子溫度的關(guān)系曲線發(fā)現(xiàn)，頻移與電子密度呈近似線性關(guān)系，與電子溫度也呈正相關(guān)；
　　2、等離子體在與靶材平行方向上是對稱擴(kuò)散的，擴(kuò)散范圍在1.2mm內(nèi)。沿激光脈沖方向擴(kuò)散范圍更大，在1.8mm范圍內(nèi)。由此可知，等離子體的空間分布可近似看作一個半橢球分布；
　　3、改變激光的脈沖能量，分別測得1.10mJ、1.35mJ、1.70mJ能量下的等離子

5、體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著能量增大，等離子體的連續(xù)譜和特征譜的強(qiáng)度均增大，三種激光脈沖能量下產(chǎn)生的Zn481.0nm特征譜線最大強(qiáng)度分別是10663a.u、7534a.u、8417a.u，此時(shí)譜線強(qiáng)度之間的差距也最大，然后隨著時(shí)間推移能量對強(qiáng)度影響減小，在850ns時(shí)強(qiáng)度基本相等，分別是278a.u、137a.u、143a.u。同時(shí)電子溫度和電子密度均隨激光能量增加而增大。在空間上，對應(yīng)位置強(qiáng)度隨能量增大而增大，但其分布特點(diǎn)不變，均可近似看