YAG激光Al等离子体参数的时空分辨诊断-核聚变与等离子体物理.PDF
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第 29 卷 第 4 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.29, No.4
2 0 0 9 年 12 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Dec. 2009
文章编号:0254−6086(2009)04−0370−05
YAG 激光 Al 等离子体参数的时空分辨诊断
薛全喜,叶锡生,赵学庆,张永生
(西北核技术研究所,西安 710024)
摘 要:采用光学多通道分析仪等设备对 532nm YAG 激光诱导产生的 Al 等离子体光谱进行了时空分辨测量,
得到了等离子体时空分辨光谱。利用局部热平衡(LTE)模型和谱线的 Stark 展宽计算得到了等离子体电子温度和电
子密度的时空演化曲线,获得了与文献[9 ~11]一致的结果。
关键词:激光等离子体;时空分辨光谱;电子温度;电子密度
中图分类号:O536 文献标识码:A
1 引言 激光器和光学多通道分析仪;调节两触发信号间的
脉冲激光烧蚀技术有广泛的应用前景,包括薄 时间延迟,可得到不同时刻的时间分辨光谱。Al
膜沉积[1]、微量元素的定量分析[2]、微加工[3]等,为 靶和光纤头分别固定在两个电移台上。沿靶面法线
~
此开展了大量研究[4 11]。在多种环境气体下,利用 方向移动光纤头,可使光学多通道分析仪测量得到
不同能量、波长和脉宽的激光辐照不同材料产生等 相应位置处的等离子体光谱。打靶同时,对激光脉
离子体,研究了等离子体的产生过程、演化过程和 冲能量和时间宽度进行监测测量。每测得一幅光谱
状态参数等,对激光等离子体有了一定认识。但激 后,改变触发信号间的时间延迟或移动光纤头的位
光等离子体存在的时间和空间非常有限,演化特别 置,然后沿靶面方向移动靶材,进行下一时空点的
快,而且涉及的物理过程复杂,一般只诊断激光等 光谱测量。
离子体存在时间段和存在空间范围内的平均参数,
难以对激光等离子体进行时空分辨诊断。激光等离
~
子体时空分辨诊断研究的报道[9 11]不多,已有的研
究只注重时间分辨或空间分辨。本文利用时空分辨
技术测量 532nm YAG 激光诱导产生的 Al 等离子体
光谱,并根据测量到的时空分辨光谱计算分析了
Al 等离子体重要参数电子温度和电子密度的时空
演化过程。
2 实验系统
实验系统原理图如图 1 所示。激光脉冲经过两 图 1 实验系统原理图
次反射进入真空度为 7×10−3Pa 靶室后,经聚焦透镜
会聚于平面 Al 靶上形成直径约 1mm 的焦斑。成像 实验设备中,Al 靶纯度为 99.99% ,表面抛光;
YAG 激光器为 Lablite−400 型,输出激光波长为
透镜将离开靶面一定距离位置处的等离子体羽成
532nm ,脉冲能量和时间宽度分别为 180mJ 和 6ns ;
像于光学多通道分析仪的石英光纤头上;由同步脉
光学多通道分析仪为 OMA−4 型,其分光光栅选用
冲发生器先后发出两个触发信号,分别触发 YAG
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